UA118032C2 - METHOD OF RECEIVING CROWN MATERIAL RECEIVED FROM BIOMASS - Google Patents

Abstract

Спосіб одержання оцукреного матеріалу, що отримують з біомаси, який включає розділення вихідного матеріалу, що отримують з біомаси, на дві частини, з наступним опромінюванням кожної частини окремо в окисному середовищі за допомогою від 0,1 Мрад до 5,0 Мрад іонізуючого випромінювання на 1 мас. % лігніну у вихідному матеріалі, що отримують з біомаси, оцукрювання лише однієї з двох опромінених частин.A method of producing a saccharified material derived from biomass, which includes dividing the source material obtained from biomass into two parts, followed by irradiation of each part separately in an oxidizing medium using from 0.1 Mrad to 5.0 Mrad ionizing radiation by 1 wt. % of lignin in biomass feedstock, saccharification of only one of the two irradiated parts.

Description

кожної частини окремо в окисному середовищі за допомогою від 0,1 Мрад до 5,0 Мрад іонізуючого випромінювання на 1 мас. 95 лігніну у вихідному матеріалі, що отримують з біомаси, оцукрювання лише однієї з двох опромінених частин. рин рт очи АКАКАння россоскско ри нн тетееегеессссстессяof each part separately in an oxidizing medium using from 0.1 Mrad to 5.0 Mrad of ionizing radiation per 1 wt. 95 lignin in the source material obtained from biomass, saccharification of only one of the two irradiated parts. ryn rt eyes AKAKAnnya rossosksko ry nn teeeegeesssssssssya

Кзначети Ї рон и й Ше Ї : Мен З малій птах ОНАЗ ти, с офМфоазроБн ої ої пичцутц і вк ву лих Е зу тиме є Я цк І їх Ше В А НеЕУЖАДНМ, в сврацимі Е пд М їй ща КО ВЕХІдДНеН Е Її Варка ; овен уми Жовте ВВТИ о ішШедуют (З Ж діа я чкцочих !Kznachety Yron y She Y: Men With a small bird ONAZ you, with ofMfoazroBn oi pictsuts and vcvu lyh E zu time is Ya tsk And their She VA A NeEUZHADNM, in svratsimi E pd M scha KO VEHIdDNe E Her Varka; ram umi Zhovte VVTI o ishSheduyut (Z Zh dia i chcktsochich!

Щи ПРОЖОСУ, й устах Тов ше аShchy PROZHOSU, and mouth Comrade she a

Бр сенивунутнев Ро проносу ВИН з | ПЕ, ко хан і | ек. онвенесю т Ро оямвшже Н: не | вомовунннях ! Н Е го : ! і 1 па вихідних і | | Ї РО прозуюзх пад що І Ши поатютютттттттюююссой сопло ссююкий, ча патент тдссой, "птяяпеяяАААхннннАня Є шияBr senivunutnev Ro diarrhea VIN with | PE, ko khan and | ec. onvenesyu t Ro oyamvshzhe N: not | appointments! N E ho : ! and 1 pa weekend and | | I RO prozuyuzh pad that I Shi poatyutyuttttttyuyuyuussoy soplo ssyuukiy, cha patent tdssoy, "ptyayapeyayaAAAhnnnnAnya There is a neck

Фіг. 1Fig. 1

По даній заявці вимагається пріоритет попередньої заявки США Мо 1/151724, яка подана 11 лютого 2009 року. Таким чином, повне розкриття цієї попередньої заявки включене в цей документ як посилання.This application claims priority to prior US application Mo 1/151724, filed February 11, 2009. Accordingly, the entire disclosure of this prior application is incorporated herein by reference.

Різні вуглеводи, такі як целюлозні і лігноцелюлозні матеріали, наприклад, у волокнистій формі, отримують, переробляють і використовують у великих кількостях в багатьох галузях.Various carbohydrates, such as cellulosic and lignocellulosic materials, for example in fibrous form, are obtained, processed and used in large quantities in many industries.

Часто такі матеріали використовують однократно, а потім викидають у вигляді сміття або просто вважають відпрацьованими матеріалами, наприклад, стічні води, багассу, деревну стружку і грубі корми.Often, such materials are used once and then thrown away as garbage or simply considered waste materials, for example, sewage, bagasse, wood shavings and roughage.

Різні целюлозні і лігноцелюлозні матеріали, їх використання і застосування описані в патентах США МоМо 7307108, 7074918, 6448307, 6258876, 6207729, 5973035 і 5952105; і в різних патентних заявках, включаючи "РІВНОО5 МАТЕНІАЇ 5 АМО СОМРОБІТЕ5",Various cellulosic and lignocellulosic materials, their use and applications are described in US patents MoMo 7307108, 7074918, 6448307, 6258876, 6207729, 5973035 and 5952105; and in various patent applications, including "RIVNOO5 MATENIAI 5 AMO SOMROBITE5",

РСТ/О52006/010648, яка подана 23 березня 2006 року, і публікацію патентної заявки США Мо 2007/0045456 "єІВВО5 МАТЕНІАЇ 5 АМО СОМРОБІТЕ5".PCT/О52006/010648, which was filed on March 23, 2006, and the publication of the US patent application Mo 2007/0045456 "еИВО5 МАТЕНИАЙ 5 АМО СОМРОБИТЕ5".

Загалом даний винахід належить до процесів виробництва проміжного продукту або продукту, наприклад, енергії, палива, такого як етанол, продукту харчування або матеріалу з великої кількості різних вуглецевмісних вихідних матеріалів і/або з вихідного матеріалу, який має змінний склад. Вуглецевмісний вихідний матеріал може включати, наприклад, вуглеводовмісні матеріали (наприклад, крохмалисті матеріали і/або целюлозні або лігноцелюлозні матеріали), і в деяких випадках може являти собою відпрацьований матеріал, який має непередбачуваний або змінний склад.In general, the present invention relates to processes for the production of an intermediate product or product, such as energy, a fuel such as ethanol, a food product, or a material from a large number of different carbonaceous feedstocks and/or from a feedstock that has a variable composition. Carbonaceous feedstock may include, for example, carbohydrate-containing materials (eg, starchy materials and/or cellulosic or lignocellulosic materials), and in some cases may be spent material that has an unpredictable or variable composition.

Процеси, описані в цьому документі, окремо або в комбінації, змінюють молекулярну структуру і/або рівень непіддатливості вихідного матеріалу(ів), що дозволяє отримувати бажаний продукт з вихідного матеріалу економічно обгрунтованим чином. Автори даного винаходу виявили, що величина зміни в структурі і/або рівні непіддатливості вихідного матеріалу, необхідна для отримання продукту, змінюється у вигляді функції від вмісту лігніну у вихідному матеріалі. Наприклад, необхідна зміна непіддатливості може бути прямо пропорційна вмісту лігніну. Таким чином, способи, описані в цьому документі, включають коректування типу процесу або одного або декількох параметрів процесу, який використовують для виробництва продукту, щоб компенсувати зміни вмісту лігніну у використовуваному вихідному матеріалі,The processes described herein, individually or in combination, change the molecular structure and/or the level of refractoriness of the starting material(s), which allows obtaining the desired product from the starting material in an economically justified manner. The authors of this invention found that the amount of change in the structure and/or level of inflexibility of the starting material, necessary to obtain the product, varies as a function of the lignin content in the starting material. For example, the required change in ductility may be directly proportional to the lignin content. Thus, the methods described herein include adjusting the type of process or one or more process parameters used to produce the product to compensate for changes in the lignin content of the feedstock used,

Зо наприклад застосування більш високої або більш низької дози або потужності дози протягом використовуваного процесу попередньої обробки.For example, applying a higher or lower dose or dose rate during the pretreatment process used.

Багато які способи, описані в цьому документі, дозволяють надати целюлозні і/або лігноцелюлозні матеріали, які мають, наприклад, більш низький рівень непіддатливості, більш низьку молекулярну масу, відмінний рівень функціоналізації і/або кристалічності по відносно природного матеріалу. Багато які способи дозволяють отримувати матеріали, які можуть легше використовуватися різними мікроорганізмами, такими як один або декілька гомоацетогенів або гетероацетогенів (за допомогою ферментативного гідролізу або без нього) для отримання корисних продуктів, така як енергія, паливо, продукти харчування і матеріали. Конкретні приклади продуктів як необмежувальні приклади включають водень, спирти (наприклад, одноатомні спирти або двоатомні спирти, такі як етанол, н-пропанол або н-бутанол), цукри, біодизель, органічні кислоти (наприклад, оцтову кислоту і/або молочну кислоту), вуглеводні, побічні продукти (наприклад, білки, такі як целюлолітичні білки (ферменти) або білки одноклітинних), і будь-які їх суміші. Інші приклади включають карбонові кислоти, такі як оцтова кислота або масляна кислота, солі карбонових кислот, суміші карбонових кислот і солей карбонових кислот і складних ефірів карбонових кислот (наприклад, метиловий, етиловий і н- пропілові складні ефіри), кетони, альдегіди, альфа, бета ненасичені кислоти, такі як акрилова кислота, і олефіни, такі як етилен. Інші спирти і похідні спиртів включають пропанол, пропіленгліколь, 1,4-бутандіол, 1,3-пропандіол, метилові або етилові складні ефіри будь-яких з цих спиртів. Інші продукти включають метилакрилат, метилметакрилат, молочну кислоту, пропіонову кислоту, масляну кислоту, янтарну кислоту, З-гідроксипропіонову кислоту, солі будь- яких кислот і суміші будь-яких кислот і відповідних солей.Many of the methods described herein provide cellulosic and/or lignocellulosic materials that have, for example, a lower level of refractoriness, a lower molecular weight, an excellent level of functionalization and/or crystallinity relative to the natural material. Many methods allow the production of materials that can be more easily used by different microorganisms, such as one or more homoacetogens or heteroacetogens (with or without enzymatic hydrolysis) to obtain useful products such as energy, fuel, food and materials. Specific examples of products include, but are not limited to, hydrogen, alcohols (e.g. monohydric alcohols or dihydric alcohols such as ethanol, n-propanol or n-butanol), sugars, biodiesel, organic acids (e.g. acetic acid and/or lactic acid), carbohydrates, by-products (eg, proteins such as cellulolytic proteins (enzymes) or single-cell proteins), and any mixtures thereof. Other examples include carboxylic acids such as acetic acid or butyric acid, salts of carboxylic acids, mixtures of carboxylic acids and salts of carboxylic acids and esters of carboxylic acids (e.g., methyl, ethyl, and n-propyl esters), ketones, aldehydes, alpha, beta unsaturated acids such as acrylic acid and olefins such as ethylene. Other alcohols and alcohol derivatives include propanol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,3-propanediol, methyl or ethyl esters of any of these alcohols. Other products include methyl acrylate, methyl methacrylate, lactic acid, propionic acid, butyric acid, succinic acid, 3-hydroxypropionic acid, salts of any acid, and mixtures of any acid and the corresponding salts.

Інші продукти і проміжні продукти, включаючи продукти харчування і фармацевтичні препарати, описані в попередній заявці США Мо 61/139453, повне розкриття якої, таким чином, в повному об'ємі включене в цей документ як посилання.Other products and intermediates, including foods and pharmaceuticals, are described in US prior application Mo 61/139453, the full disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety.

Багато які продукти, отримані способами, описаними в цьому документі, такі як етанол або н-бутанол, можна використовувати безпосередньо у вигляді палива або у вигляді суміші з іншими компонентами, такими як пальне, для постачання енергією легкових машин, вантажівок, тракторів, кораблів або поїздів, наприклад, як паливо внутрішнього згоряння або як вихідний матеріал паливного елемента. Інші продукти, описані в цьому документі (наприклад, органічні бо кислоти, такі як оцтова кислота і/або молочна кислота), можна перетворювати в інші речовиниMany of the products obtained by the processes described in this document, such as ethanol or n-butanol, can be used directly as fuel or as a mixture with other components such as fuel to power cars, trucks, tractors, ships or trains, for example, as internal combustion fuel or as the starting material of a fuel cell. Other products described in this document (for example, organic acids such as acetic acid and/or lactic acid) can be converted into other substances

(наприклад, складні ефіри або ангідриди), які можна перетворювати і використовувати як паливо. Багато які отримані продукти також можна використовувати для забезпечення енергією повітряних суден, таких як літаки, наприклад, забезпечених реактивними двигунами, або вертольоти. Крім того, продукти, описані в цьому документі, можна використовувати для генерації електричної енергії, наприклад, в стандартних парогенераторних установках або в установках на паливних елементах.(for example, esters or anhydrides) that can be converted and used as fuel. Many of the resulting products can also be used to power aircraft such as jet-powered aircraft or helicopters. In addition, the products described in this document can be used to generate electrical energy, for example, in standard steam generator plants or in fuel cell plants.

У одному з аспектів винахід відрізняється способом отримання продукту, який містить визначення вмісту лігніну у вихідному матеріалі, що отримують з біомаси; обробку вихідного матеріалу, який отримують з біомаси, з використанням фізичної обробки; настроювання параметра процесу, основуючись на вмісті лігніну; і перетворення щонайменше частини обробленого вихідного матеріалу, який отримують з біомаси, з використанням мікроорганізму для отримання продукту або проміжного продукту, такого як енергія, паливо, продукти харчування або матеріали.In one of the aspects, the invention differs in the method of obtaining the product, which contains the determination of the lignin content in the source material obtained from biomass; processing of raw material obtained from biomass using physical processing; adjustment of the process parameter based on the lignin content; and converting at least a portion of the processed biomass-derived feedstock using a microorganism to produce a product or intermediate such as energy, fuel, food, or materials.

Фізичну обробку можна вибрати, наприклад, з групи, яка складається з механічної обробки, випромінювання, обробки звуком, піролізу, окиснення, парового вибуху, хімічної обробки і їх поєднань. Хімічна обробка може включати використання однієї або двох або більше хімічних речовин. Механічна обробка включає, наприклад, різання, молотіння, пресування, дроблення, зрізання і рубання. Молотіння може включати, наприклад, розмелювання на кульовому млині, розмелювання на молотковій дробарці або інші типи помелу.Physical processing can be selected, for example, from the group consisting of mechanical processing, radiation, sound processing, pyrolysis, oxidation, steam explosion, chemical processing, and combinations thereof. Chemical treatment may involve the use of one or two or more chemicals. Mechanical processing includes, for example, cutting, threshing, pressing, crushing, cutting and chopping. Threshing may include, for example, ball mill grinding, hammer mill grinding, or other types of grinding.

Деякі реалізації включають одну або декілька наступних ознак. Фізична обробка може містити будь-який один або декілька типів обробки, перерахованих вище, які застосовують окремо або в будь-якій бажаній комбінації і застосовують один або декілька разів. У деяких випадках фізична обробка може містити опромінення іонізуючим випромінюванням, окремо або в супроводі механічної обробки до і/або після опромінення. Опромінення можна виконувати, наприклад, з використанням пучків електронів.Some implementations include one or more of the following features. A physical treatment may include any one or more of the types of treatment listed above, applied alone or in any desired combination and applied one or more times. In some cases, physical treatment may include exposure to ionizing radiation, alone or in conjunction with mechanical treatment before and/or after exposure. Irradiation can be performed, for example, using electron beams.

Стадія настройки може містити настроювання дозування іонізуючого випромінювання, яку доставляють у вихідний матеріал. Наприклад, можна доставляти дозування випромінювання по 0,1-5,0 Мрад на 1 95 мас. лігніну у вихідному матеріалі, що отримують з біомаси, наприклад, по 0,25-4,0 Мрад або по 0,3-3,5 Мрад.The adjustment stage may include adjusting the dose of ionizing radiation delivered to the source material. For example, it is possible to deliver a dosage of radiation of 0.1-5.0 Mrad per 1 95 wt. of lignin in the raw material obtained from biomass, for example, 0.25-4.0 Mrad or 0.3-3.5 Mrad.

Ко) Проміжний продукт або продукт може являти собою, наприклад, будь-який один або декілька продуктів, перерахованих в цьому документі. У деяких випадках продукт може являти собою енергію або паливо, наприклад біодизель або спирт, такий як етанол або метанол.Co) An intermediate product or product may be, for example, any one or more of the products listed in this document. In some cases, the product may be an energy or fuel such as biodiesel or an alcohol such as ethanol or methanol.

Проміжний продукт або продукт також може являти собою, наприклад, карбонову кислоту, складний ефір карбонової кислоти, сіль карбонової кислоти або їх суміш.The intermediate or product may also be, for example, a carboxylic acid, a carboxylic acid ester, a carboxylic acid salt, or a mixture thereof.

Спосіб може додатково включати повторення стадій визначення, обробки і настройки для другого вихідного матеріалу.The method may additionally include repeating the stages of determination, processing and adjustment for the second source material.

У іншому аспекті винахід відрізняється способом отримання продукту або проміжного продукту, спосіб включає надання целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу, що містить множину бічних карбоксильних груп, змішування матеріалу в текучому середовищі, яке містить воду, для того, щоб надати дисперсію, яка має перший рн, і додавання основи в дисперсію для підвищення її рН до другого рН, що перевищує перший рН. Перший рН може знаходитися в діапазоні, наприклад, між 2,5 і 4,5, наприклад, між З і 4,25. Другий рН може знаходитися в діапазоні, наприклад, між приблизно 5 і 7, наприклад, між приблизно 5,5 і 6,5.In another aspect, the invention features a method for producing a product or intermediate, the method comprising providing a cellulosic or lignocellulosic material containing a plurality of side carboxyl groups, mixing the material in a fluid medium that contains water to provide a dispersion having a first pH, and adding a base to the dispersion to raise its pH to a second pH greater than the first pH. The first pH can be in the range, for example, between 2.5 and 4.5, for example, between C and 4.25. The second pH can be in a range, for example, between about 5 and 7, for example, between about 5.5 and 6.5.

Деякі реалізації містять одну або декілька наступних ознак. Спосіб може додатково містити додавання целюлози в дисперсію для оцукрювання целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу. Спосіб може додатково містити приведення оцукреного матеріалу в контакт з мікроорганізмом.Some implementations include one or more of the following features. The method may additionally contain the addition of cellulose to the dispersion for saccharification of cellulosic or lignocellulosic material. The method may additionally include bringing the sugared material into contact with the microorganism.

У деяких реалізаціях один або декілька компонентів обладнання для переробки, наприклад, обладнання для механічної обробки, обладнання для хімічної обробки (наприклад, кислотоюIn some implementations, one or more processing equipment components, e.g., mechanical processing equipment, chemical processing equipment (e.g., acid

БО або основою), обладнання для опромінення, обробки звуків, піролізу, окиснення, парового вибуху, оцукрювання і/або ферментації або будь-яке інше обладнання, описане в цьому документі, може бути портативним, наприклад, по типу мобільного обладнання для переробки, яке описане в патентній заявці США Мо 12/374549 і опублікованій міжнародній заявці Ме УУО 2008/011598, повні описи яких включені в цей документ як посилання.BO or base), irradiation, sonication, pyrolysis, oxidation, steam explosion, saccharification and/or fermentation equipment or any other equipment described herein may be portable, for example in the form of mobile processing equipment which described in US patent application Ser. No. 12/374549 and published international application Ser. No. 2008/011598, the full disclosures of which are incorporated herein by reference.

Зміна молекулярної структури матеріалу, в цьому документі означає зміну розташування хімічних зв'язків або конформації структури. Наприклад, зміна молекулярної структури може включати зміну надмолекулярної структури матеріалу, окиснення матеріалу, зміну середньої молекулярної маси, зміну середньої кристалічності, зміну площі поверхні, зміну ступеня полімеризації, зміну пористості, зміну ступеня розгалуженості, прищеплювання на інші бо матеріали, зміну розміру кристалічного домену або зміну загального розміру домену. Зміну молекулярної структури можна виконати з використанням будь-якого одного або декількох типів фізичної обробки, описаних в цьому документі, окремо або в будь-якій комбінації, які застосовують один раз або неодноразово.A change in the molecular structure of a material, in this document, means a change in the arrangement of chemical bonds or the conformation of the structure. For example, changing the molecular structure may include changing the supramolecular structure of the material, oxidation of the material, changing the average molecular weight, changing the average crystallinity, changing the surface area, changing the degree of polymerization, changing the porosity, changing the degree of branching, grafting onto other bo materials, changing the size of the crystalline domain, or changing the total size of the domain. The change in molecular structure can be performed using any one or more of the types of physical processing described herein, alone or in any combination, applied once or repeatedly.

Всі публікації, патентні заявки, патенти і інші джерела, вказані в цьому документі або прикладені до нього, включені в нього як посилання.All publications, patent applications, patents, and other sources cited in or attached to this document are incorporated herein by reference.

На фіг. 1 представлена схема послідовності операцій, яка ілюструє процес отримання продукту вуглецевмісного вихідного матеріалу, який має змінний вміст лігніну.In fig. 1 presents a flowchart illustrating the process of obtaining a product of a carbon-containing starting material that has a variable lignin content.

На фіг. 1А представлена схема послідовності операцій, яка ілюструє стадії процесу, показаного на фіг. 1 згідно з однією реалізацією.In fig. 1A is a flowchart illustrating the stages of the process shown in FIG. 1 according to one implementation.

На фіг. 2 представлена принципова схема, яка ілюструє процес отримання етанолу.In fig. 2 presents a schematic diagram illustrating the process of ethanol production.

Вихідні матеріали, які отримуються з біомаси (наприклад, рослинна біомаса, тваринна біомаса і біомаса міських відходів) можна обробити до більш низького рівня непіддатливості (при необхідності) і перетворити в корисні продукти, такі як ті, які перераховані як приклади в цьому документі. Системи і процеси, описані в цьому документі, в яких використовують дуже численні, але що часто важко піддаються переробці матеріали, такі як целюлозні або лігноцелюлозні матеріали, які в іншому випадку являють собою відходи, наприклад, рослинні залишки і паперові відходи.Biomass-derived feedstocks (eg, plant biomass, animal biomass and municipal waste biomass) can be processed to a lower level of recalcitrance (if necessary) and converted into useful products such as those listed as examples in this document. The systems and processes described herein utilize abundant but often difficult to process materials such as cellulosic or lignocellulosic materials that are otherwise waste, such as plant residues and paper waste.

Як правило, виробнича установка, в якій використовують процеси, описані в цьому документі, в процесі своєї роботи буде отримувати множину різних вихідних матеріалів. Деякі вихідні матеріали, наприклад, партія стержнів кукурудзяних качанів, можуть мати відносно гомогенний склад, тоді як інші вихідні матеріали можуть мати змінний склад, наприклад міські відходи, наприклад, потоки різних паперових відходів.As a general rule, a manufacturing facility using the processes described in this document will receive many different starting materials during its operation. Some feedstocks, such as a batch of corn cobs, may have a relatively homogeneous composition, while other feedstocks may have a variable composition, such as municipal waste, such as various paper waste streams.

Вихідні матеріали можуть містити, наприклад, папір, паперові вироби, деревину, супутні матеріали деревини, деревностружкові плити, траву, рисову лузги, багассу, бавовну, джут, прядиво, льон, бамбук, сизаль, абаку, солому, стрижні кукурудзяних качанів, кокосове волокно, водорості, морські водорості, змінені целюлоза, наприклад, ацетат целюлози, регенерована целюлоза, і т. п. або будь-які їх суміші.Raw materials may include, for example, paper, paper products, wood, wood-related materials, particleboard, grass, rice husk, bagasse, cotton, jute, yarn, flax, bamboo, sisal, abaca, straw, corncobs, coir , algae, seaweed, modified cellulose, for example, cellulose acetate, regenerated cellulose, etc. or any mixtures thereof.

У деяких випадках біомаса являє собою мікробний матеріал. Мікробні джерела включають як необмежувальні приклади будь-які мікроорганізми або організми, які зустрічаються в природі або генетично модифіковані, які містять або здатні надати джерело вуглеводів (наприклад, целюлози), наприклад, найпростіші, наприклад, твариноподібні найпростіші (наприклад, протозойні, такі як джгутиконосці, амебоїдні, інфузорії і споровики) і рослиновидні найпростіші (наприклад, такі водорості як альвеоляти, хлорарахніофіти, криптомонади, евгленові, глаукофіти, гаптофіти, червоні водорості, страмінопіли і Мігдаеріапіає). Інші приклади включають морські водорості, планктон (наприклад, макропланктон, мезопланктон, мікропланктон, нанопланктон, пікопланктон і фемптопланктон), фітопланктон, бактерії (наприклад, грампозитивні бактерії, грамнегативні бактерії і екстремофіли), дріжджі і/або їх суміші. У деяких випадках мікробну біомасу можна отримати з природних джерел, наприклад, з океану, озер, водної маси, наприклад, солоної води або прісної води, або на суші.In some cases, biomass is microbial material. Microbial sources include, but are not limited to, any naturally occurring or genetically engineered microorganisms or organisms that contain or are capable of providing a carbohydrate source (eg, cellulose), such as protozoa, such as animal-like protozoa (eg, protozoa such as flagella , amoeboid, infusoria and sporophytes) and plant-like protozoa (for example, such algae as alveolates, chlorarachniophytes, cryptomonads, euglenoids, glaucophytes, haptophytes, red algae, straminopyles and Mygdaeriapiae). Other examples include seaweed, plankton (eg, macroplankton, mesoplankton, microplankton, nanoplankton, picoplankton, and femtoplankton), phytoplankton, bacteria (eg, gram-positive bacteria, gram-negative bacteria, and extremophiles), yeasts, and/or mixtures thereof. In some cases, the microbial biomass can be obtained from natural sources, such as the ocean, lakes, bodies of water, such as salt water or fresh water, or on land.

Альтернативно, або крім того, мікробну біомасу можна отримати з культуральних систем, наприклад, крупномасштабних сухих і вологих культуральних систем.Alternatively, or in addition, microbial biomass can be obtained from culture systems, for example, large-scale dry and wet culture systems.

Щоб дозволити виробничій установці використовувати ці різні типи вихідних матеріалів для отримання одного або декількох бажаних продуктів, виробничий процес можна коректувати для того, щоб компенсувати зміни і/або в вихідних матеріалах, наприклад, для того, щоб компенсувати зміни вмісту лігніну в різних вихідних матеріалах.To allow a production facility to use these different types of feedstocks to produce one or more desired products, the production process can be adjusted to compensate for variations in and/or feedstocks, for example, to compensate for variations in the lignin content of the different feedstocks.

Багато які процеси, описані в цьому документі, можуть ефективно знижувати рівень непіддатливості вихідного матеріалу, роблячи більш легкою переробку, наприклад, біологічну переробку (наприклад, з використанням будь-якого мікроорганізму, описаного в цьому документі, такого як гомоацетоген або гетероацетоген, і/або будь-якого ферменту, описаного в цьому документі), термічну переробку (наприклад, газоутворення або піроліз) або хімічні способи (наприклад, кислотний гідроліз або окиснення). Вихідний матеріал, що отримують з біомаси, можна обробити або переробити з використанням одного або декількох будь-яких способів, описаних в цьому документі, таких як механічна обробка, хімічна обробка, випромінювання, обробка звуком, окиснення, піроліз або паровий вибух. Можна використовувати різні системи і способи обробки в комбінаціях з двох, трьох або навіть чотирьох або більше цих або інших способів, описаних в цьому документі і в інших джерелах.Many of the processes described herein can effectively reduce the level of recalcitrance of the source material, making processing easier, for example, biological processing (eg, using any microorganism described herein, such as a homoacetogen or a heteroacetogen, and/or any enzyme described herein), thermal processing (eg gasification or pyrolysis) or chemical methods (eg acid hydrolysis or oxidation). The biomass-derived feedstock can be treated or processed using one or more of any of the methods described herein, such as mechanical treatment, chemical treatment, radiation, sonication, oxidation, pyrolysis, or steam explosion. Various systems and methods of processing can be used in combinations of two, three or even four or more of these or other methods described in this document and elsewhere.

Як показано на фіг. 1, в деяких реалізаціях визначають вміст лігніну у вихідному матеріалі (стадія 100), який надходить, і потім, основуючись на вмісті лігніну, визначають тип фізичної обробки(ок) (наприклад, механічна обробка, випромінювання, обробка звуком і т. д.) лабо одна 60 або декілька умов переробки, необхідні для отримання бажаного продукту (стадія 102). Якщо вихідний матеріал має відносно високий рівень мінливості, наприклад, міські відходи, можна взяти декілька зразків і обчислити середній вміст лігніну. У деяких випадках вихідний матеріал можна попередньо обробити, щоб гомогенізувати перед вимірюванням вмісту лігніну, наприклад, за допомогою дроблення або подрібнення, наприклад, низькотемпературного дроблення (наприклад, як розкрито в попередній заявці США Мо 61/081709, яка подана 17 липня 2008 року, повне розкриття якої включене в цей документ як посилання). У деяких випадках, наприклад, як показано на фіг. 1А, два або більше вихідних матеріалів, які надходять, можна зміщувати разом для отримання комбінованого вихідного матеріалу і вимірювати вміст лігніну в комбінованому вихідному матеріалі.As shown in fig. 1, in some implementations the lignin content of the incoming feedstock (step 100) is determined, and then, based on the lignin content, the type of physical treatment(s) (eg, mechanical treatment, radiation, sonication, etc.) is determined. or one or more processing conditions necessary to obtain the desired product (step 102). If the source material has a relatively high level of variability, such as municipal waste, several samples can be taken and the average lignin content calculated. In some cases, the feedstock may be pretreated to homogenize prior to measurement of lignin content, for example, by crushing or comminution, such as low-temperature comminution (e.g., as disclosed in US prior application Mo 61/081709, filed Jul. 17, 2008, complete the disclosure of which is incorporated herein by reference). In some cases, for example, as shown in fig. 1A, two or more incoming feedstocks can be moved together to obtain a combined feedstock and measure the lignin content of the combined feedstock.

Способи отримання зразків і визначення вмісту лігніну розкриті в процедурах тестуванняThe methods of obtaining samples and determining the lignin content are disclosed in the test procedures

Департаменту енергії (ФОЕ) МАЕ /ТР-510-42618 (змінена 4/2008), МАЕ /ТР-510-42619 (змінена 1/2008) ї МАЕ /ТР-510-42620 (змінена 1/2008).Department of Energy (FOE) IAE /TR-510-42618 (amended 4/2008), IAE /TR-510-42619 (amended 1/2008) and IAE /TR-510-42620 (amended 1/2008).

Після визначення вмісту лігніну, його можна використовувати, наприклад, основуючись на емпірично встановлених співвідношеннях між вмістом лігніну і непіддатливістю, для визначення умов переробки, які потім вводять в обладнання для переробки (стадія 104). Наприклад, як показано на фіг. ТА, параметри можуть являти собою ті, які використовують на одній або декількох стадіях процесу зниження непіддатливості, які змінюють структуру і/або знижують непіддатливість вихідного матеріалу, як описано з додатковими подробицями нижче.Once the lignin content is determined, it can be used, for example, based on empirically established relationships between lignin content and recalcitrance, to determine the processing conditions, which are then introduced into the processing equipment (step 104). For example, as shown in fig. AND, the parameters can be those used in one or more stages of the process of reducing the recalcitrance, which change the structure and/or reduce the recalcitrance of the starting material, as described in further detail below.

При необхідності, можна здійснювати моніторинг вихідного продукту процесу (стадія 106, фіг. 1), і коректувати параметри процесу, основуючись на цих вимірюваннях (стадія 108, фіг. 1).If necessary, it is possible to monitor the output of the process (stage 106, Fig. 1), and adjust the process parameters based on these measurements (stage 108, Fig. 1).

Наприклад, можна вимірювати об'єм, чистоту або інші характеристики вихідного продукту.For example, you can measure the volume, purity or other characteristics of the initial product.

Вихідний продукт може являти собою кінцевий продукт або може являти собою проміжний продукт, такий як лігноцелюлозний або целюлозний матеріал зі зниженою непіддатливістю.The starting product may be an end product or may be an intermediate product, such as lignocellulosic or cellulosic material with reduced refractoriness.

Як показано на фіг. 2, в одному прикладі розглянутий вище спосіб можна вбудувати в процес виробництва продукту, наприклад, енергії, налива, продукту харчування або матеріалу, наприклад, спирту, такого як етанол. Такий процес може містити, наприклад, механічну обробку вихідного матеріалу (стадія 110), до і/або після цієї обробки, обробку вихідного матеріалу з використанням іншої фізичної обробки, наприклад, опромінення, щоб додатково знизити його непіддатливість (стадія 112), і потім переробку обробленого вихідного матеріалу для отримання бажаного продукту (стадія 114), який є вихідним продуктом, наприклад, за допомогою дистиляції (стадія 116). Окремі стадії цього процесу детально описані нижче. Стадії вимірювання вмісту лігніну (стадія 118) і настроювання або коректувань параметрів процесу (стадія 120) можна виконувати на різних етапах процесу, наприклад, прямо перед стадією(ями) процесу, які використовують для зміни структури вихідного матеріалу, як показано.As shown in fig. 2, in one example, the method discussed above can be incorporated into the production process of a product, for example, energy, bulk, food or material, for example, an alcohol such as ethanol. Such a process may include, for example, mechanical treatment of the source material (step 110), before and/or after this treatment, treatment of the source material using another physical treatment, such as irradiation, to further reduce its refractoriness (step 112), and then processing processed starting material to obtain the desired product (step 114), which is the starting product, for example, by distillation (step 116). Individual stages of this process are described in detail below. The steps of measuring the lignin content (step 118) and adjusting or adjusting the process parameters (step 120) can be performed at different stages of the process, for example, just before the process stage(s) used to change the structure of the starting material, as shown.

Біомаса може являти собою, наприклад, целюлозний або лігноцелюлозний матеріал. Такі матеріали включають папір і паперові вироби (наприклад, папір з полімерним покриттям і крафт-папір), деревину, супутні матеріали деревини, наприклад, деревностружкові плити, траву, рисову лузгу, багассу, джут, прядиво, льон, бамбук, сизаль, абаку, солому, стрижні кукурудзяних качанів, кокосові волокна; і матеріали з високим вмістом а-целюлози, наприклад, бавовна.Biomass can be, for example, cellulosic or lignocellulosic material. Such materials include paper and paper products (such as polymer-coated paper and kraft paper), wood, wood-related materials such as particle board, grass, rice husk, bagasse, jute, yarn, flax, bamboo, sisal, abaca, straw, corn cobs, coconut fibers; and materials with a high α-cellulose content, such as cotton.

Вихідні матеріали можна отримати з обрізків необроблених текстильних матеріалів, наприклад, із залишків, відходів після використання продуктів і виробів, наприклад, з клаптів. При використанні паперових виробів вони можуть являти собою невикористані матеріали, наприклад, обрізання невикористаних матеріалів, або вони можуть являти собою відходи після використання продуктів і виробів. Крім невикористаних сировинних матеріалів як джерела волокна також можна використовувати відходи після використання продуктів і виробів, промислові відходи (наприклад, потрухи) і відходи переробки (наприклад, скидова вода після переробки паперу). Вихідні матеріали, що отримуються з біомаси, також можна отримати або добути з людських (наприклад, стічні води), тваринних або рослинних відходів. Додаткові целюлозні і лігноцелюлозні матеріали описані в патентах США МоМо 6448307, 6258876, 6207729, 5973035 і 5952105. У деяких варіантах здійснення матеріал з біомаси містить вуглевод, який являє собою або містить матеріал, що містить один або декілька В-1,4-зв'язків і має середньочислову молекулярну масу між приблизно 3000 і 50000. Такий вуглевод являє собою або містить целюлозу (1), яку отримують з (В-глюкози 1) конденсацією В(1,4)-глікозидних зв'язків. Цей зв'язок відрізняється тим, що «а(1,4)-глікозидні зв'язки присутні в крохмалі і інших вуглеводах. но хе но он но он 1 он но "зо (в) о" (в) он он 4Raw materials can be obtained from scraps of raw textile materials, for example, from residues, post-use waste products and products, for example, from rags. When paper products are used, they may represent unused materials, such as the trimming of unused materials, or they may represent waste from the use of products and products. In addition to unused raw materials, post-consumer product and product waste, industrial waste (e.g. offal) and processing waste (e.g. waste water from paper recycling) can also be used as a fiber source. Biomass-derived feedstocks can also be obtained or extracted from human (eg sewage), animal or plant waste. Additional cellulosic and lignocellulosic materials are described in U.S. Patent Nos. 6,448,307, 6,258,876, 6,207,729, 5,973,035, and 5,952,105. In some embodiments, the biomass material contains a carbohydrate that is or contains a material containing one or more B-1,4- bonds and has a number average molecular weight between approximately 3000 and 50000. Such a carbohydrate is or contains cellulose (1), which is obtained from (B-glucose 1) condensation of B(1,4)-glycosidic bonds. This connection differs in that "α(1,4)-glycosidic bonds are present in starch and other carbohydrates. no he no on no on 1 on no "zo (in) o" (in) on on 4

Крохмалисті матеріали включають сам крохмаль, наприклад, кукурудзяний крохмаль, пшеничний крохмаль, картопляний крохмаль або рисовий крохмаль, похідні крохмалю або матеріал, який містить крохмаль, такий як їстівний харчовий продукт або сільськогосподарська культура. Наприклад, крохмалистим матеріалом може бути аракача, гречка, банани, ячмінь, маніока, кудзу, ока, саго, сорго, звичайна домашня картопля, солодка картопля, таро, батат або одне або декілька бобових, такі як боби, сочевиця або горох. Суміші будь-яких двох або більше крохмалистих матеріалів також є крохмалистими матеріалами. У конкретних варіантах здійснення крохмалистий матеріал отриманий з кукурудзи. Різні види кукурудзяного крохмалю і похідні описані в "Согп батон", Согп Веїїпег5 Авзосіайоп (11-е видання, 2006).Starchy materials include starch itself, such as corn starch, wheat starch, potato starch, or rice starch, starch derivatives, or material that contains starch, such as an edible food product or crop. For example, the starchy material may be aracacha, buckwheat, bananas, barley, cassava, kudzu, okra, sago, sorghum, potato, sweet potato, taro, sweet potato, or one or more legumes such as beans, lentils, or peas. Mixtures of any two or more starchy materials are also starchy materials. In specific embodiments, the starchy material is derived from corn. Various types of corn starch and derivatives are described in "Sogp Baton", Sogp Veijpeg5 Avzosiayop (11th edition, 2006).

У деяких випадках біомаса являє собою мікробний матеріал. Мікробні джерела включають як необмежувальні приклади будь-який мікроорганізм або організм, який зустрічається в природі або генетично модифікований, який містить або здатний надавати джерело вуглеводів (наприклад, целюлозу), наприклад, найпростіші, наприклад, твариноподібні найпростіші (наприклад, протозойні, такі як джгутиконосці, амебоїдні, інфузорії і споровики) і рослиновидні найпростіші (наприклад, такі водорості як альвеоляти, хлорарахніофіти, криптомонади, евгленові, глаукофіти, гаптофіти, червоні водорості, страмінопіли і Мігідаеріапіає). Інші приклади включають морські водорості, планктон (наприклад, макропланктон, мезопланктон, мікропланктои, нанопланктон, пікопланктон і фемптопланктон), фітопланктон, бактерії (наприклад, грампозитивні бактерії, грамнегативні бактерії і екстремофіли), дріжджі і/або їх суміші. У деяких випадках, мікробну біомасу можна отримати з природних джерел, наприклад, з океану, озер, водної маси, наприклад, солоної води або прісної води, або на суші.In some cases, biomass is microbial material. Microbial sources include, but are not limited to, any naturally occurring or genetically engineered microorganism or organism that contains or is capable of providing a carbohydrate source (eg, cellulose), such as protozoa, such as animal-like protozoa (eg, protozoa such as flagellates , amoeboid, infusoria and sporophytes) and plant-like protozoa (for example, such algae as alveolates, chlorarachniophytes, cryptomonads, euglenoids, glaucophytes, haptophytes, red algae, straminopyles and Mygidaeriapiae). Other examples include seaweed, plankton (eg, macroplankton, mesoplankton, microplankton, nanoplankton, picoplankton, and femtoplankton), phytoplankton, bacteria (eg, gram-positive bacteria, gram-negative bacteria, and extremophiles), yeast, and/or mixtures thereof. In some cases, the microbial biomass can be obtained from natural sources, such as the ocean, lakes, bodies of water, such as salt water or fresh water, or on land.

Альтернативно або крім того мікробну біомасу можна отримати з культуральних систем, наприклад, крупномасштабних сухих або вологих культуральних систем.Alternatively or in addition, the microbial biomass can be obtained from culture systems, for example, large-scale dry or wet culture systems.

Також можна використовувати суміші вихідного матеріалу, який отримують з біомаси, з іншими матеріалами, наприклад, вуглецевмісними матеріалами, такими як попередники вугілля або вугілля, наприклад, торф, лігніт, суббітумне вугілля, бітумне вугілля і антрацит, нафтоносний пісок, нафтові сланці. Крім того, суміші будь-яких матеріалів з біомаси, описані в цьому документі, з іншим вуглецевмісним матеріалом можна використовувати для отриманняIt is also possible to use mixtures of biomass-derived feedstock with other materials, for example, carbon-containing materials such as coal or coal precursors, for example, peat, lignite, sub-bituminous coal, bituminous coal and anthracite, oil sand, oil shale. In addition, mixtures of any of the biomass materials described herein with another carbonaceous material may be used to produce

Зо будь-якого продукту, описаного в цьому документі, такого як етанол, оцтова кислота або етилацетат.From any product described herein, such as ethanol, acetic acid, or ethyl acetate.

Процеси фізичної обробки можуть включати один або декілька будь-яких видів обробки, описаних в цьому документі, таких як механічна обробка, хімічна обробка, опромінення, обробка звуком, окиснення, піроліз або паровий вибух. Способи обробки можна використовувати в комбінаціях з двох, трьох, чотирьох навіть всіх цих способів (в будь-якому порядку). Коли використовують більше одного способу обробки, способи можна застосовувати одночасно або в різні моменти часу. Також можна використовувати інші процеси, які змінюють молекулярну структуру вихідного матеріалу, який отримують з біомаси, окремо або в поєднанні з процесами, описаними в цьому документі.Physical treatment processes may include one or more of any of the treatments described herein, such as mechanical treatment, chemical treatment, irradiation, sonication, oxidation, pyrolysis, or steam explosion. Processing methods can be used in combinations of two, three, four or even all of these methods (in any order). When more than one processing method is used, the methods can be applied simultaneously or at different points in time. Other processes that alter the molecular structure of the biomass-derived feedstock may also be used, alone or in combination with the processes described herein.

Один або декілька процесів обробки, описаних нижче, можна включити в функціональний блок, що знижує непіддатливість, розглянутий вище. Альтернативно, або крім того, можна включити інші процеси для зниження непіддатливості.One or more of the processing processes described below can be included in the functional unit that reduces the susceptibility discussed above. Alternatively, or in addition, other processes can be included to reduce recalcitrance.

У деяких випадках способи можуть включати механічну обробку вихідного матеріалу, який отримують з біомаси. Механічна обробка включає, наприклад, різання, розмелювання, пресування, дроблення, зрізання і рубання. Розмелювання може включати, наприклад, розмелювання на кульовому млині, розмелювання на молотковій дробарці, сухе або вологе розмелювання на роторі-статорі або інші види розмелювання. Інші види механічної обробки включають, наприклад, жорновий помел, розколювання, механічний розрив або витягнення, стержневе дроблення або розмелювання повітряним тертям.In some cases, the methods may include mechanical processing of the biomass-derived feedstock. Mechanical processing includes, for example, cutting, grinding, pressing, crushing, cutting and chopping. Grinding may include, for example, ball mill grinding, hammer mill grinding, dry or wet rotor-stator grinding, or other types of grinding. Other types of machining include, for example, mill grinding, splitting, mechanical breaking or drawing, rod crushing or air friction grinding.

Механічна обробка може бути корисна для того, щоб "відкривати", "створювати напруження", руйнувати і розпушувати целюлозні або лігноцелюлозні матеріали, роблячи целюлозу в матеріалах більш схильною до розщеплення ланцюга і/або зниження кристалічності. При опроміненні відкриті матеріали також можуть бути більш схильними до окиснення.Mechanical processing can be useful in order to "open", "stress", destroy and loosen cellulosic or lignocellulosic materials, making the cellulose in the materials more prone to chain scission and/or reduced crystallinity. Exposed materials may also be more prone to oxidation when exposed to radiation.

У деяких випадках механічна обробка може включати вихідне отримання вихідного матеріалу, як отримано, наприклад, зменшення розміру матеріалу, наприклад, за допомогою нарізування, дроблення, зрізання, подрібнення або рубання. Наприклад, в деяких випадках, сипкий вихідний матеріал (наприклад, перероблений папір, крохмалисті матеріали або просо лозиноподібне) отримують зрізанням або шинкуванням.In some cases, mechanical processing may include initially obtaining the starting material as received, for example, reducing the size of the material, for example, by cutting, crushing, shearing, grinding or chopping. For example, in some cases, loose feedstock (eg, recycled paper, starchy materials, or millet millet) is obtained by cutting or shredding.

Альтернативно, або крім того, вихідний матеріал можна піддати фізичній обробці за допомогою одного або декількох інших фізичних способів обробки, наприклад, хімічної обробки, випромінювання, обробки звуком, окиснення, ніролізу або парового вибуху, і потім піддати механічній обробці. Ця послідовність може бути корисною, оскільки матеріали, оброблені за допомогою одного або декількох інших способів обробки, наприклад, за допомогою опромінення або піролізу, звичайно бувають більш крихкими і, отже, вони можуть легше піддаватися подальшій зміні молекулярної структури матеріалу за допомогою механічної обробки.Alternatively, or in addition, the starting material may be physically treated by one or more other physical treatments, such as chemical treatment, radiation, sonication, oxidation, nirolysis, or steam explosion, and then subjected to mechanical treatment. This sequence can be useful because materials processed by one or more other processing methods, such as irradiation or pyrolysis, are usually more brittle and therefore may be more easily amenable to further modification of the material's molecular structure by mechanical processing.

У деяких варіантах здійснення вихідний матеріал знаходиться в формі волокнистого матеріалу, і механічна обробка включає зрізання, щоб зробити доступними волокна волокнистого матеріалу. Зрізання можна виконувати, наприклад, використовуючи пристрій для різання з обертовим ножем. Інші способи механічної обробки вихідного матеріалу включають, наприклад, розмелювання або дроблення. Розмелювання можна виконувати з використанням, наприклад, молоткового млина, кульового млина, колоїдного млина, конічного або конусного млина, дискового млина, дробильних валків, млина Віли або борошномельного млина.In some embodiments, the starting material is in the form of a fibrous material, and the machining includes shearing to make available the fibers of the fibrous material. Cutting can be done, for example, using a cutting device with a rotary knife. Other methods of mechanical processing of the source material include, for example, grinding or crushing. Grinding can be carried out using, for example, a hammer mill, ball mill, colloid mill, cone or cone mill, disc mill, crushing rolls, Vila mill or flour mill.

Дроблення можна виконувати, наприклад, з використанням кам'яної дробарки, стержневої дробарки, кавової дробарки або гранознімача. Дроблення можна забезпечити, наприклад, за допомогою поворотно-поступального руху стержня або іншого елемента, як у випадку зі стержневим млином. Інші способи механічної обробки включають механічний розрив або витягнення, інші способи, в яких до волокон прикладають тиск, і розмелювання повітряним тертям. Відповідні способи механічної обробки додатково включають будь-які інші способи, які міняють молекулярну структуру вихідного матеріалу.Crushing can be done, for example, using a stone crusher, a rod crusher, a coffee grinder or a granulator. Crushing can be provided, for example, by reciprocating the rod or other element, as in the case of a rod mill. Other mechanical processing methods include mechanical breaking or drawing, other methods in which pressure is applied to the fibers, and air friction grinding. Suitable methods of mechanical processing additionally include any other methods that change the molecular structure of the starting material.

При необхідності, механічно оброблений матеріал можна пропустити через сито, наприклад,If necessary, mechanically processed material can be passed through a sieve, for example

Зо із середнім розміром отвору 1,59 мм або менше (1/16 дюйма, 0,0625 дюйма). У деяких варіантах здійснення зрізання або інший спосіб механічної обробки і просіювання виконують одночасно.Zo with an average hole size of 1.59 mm or less (1/16 inch, 0.0625 inch). In some embodiments, cutting or other mechanical processing and screening are performed simultaneously.

Наприклад, пристрій для різання з обертовим ножем можна використовувати для одночасного нарізування і просіювання вихідного матеріалу. Вихідний матеріал ріжуть між стаціонарними лезами і обертовими лопатями, щоб надати різаний матеріал, який пропускають через сито, і збирають в приймач. Тиск в приймачі може бути нижчим номінального атмосферного тиску, наприклад, щонайменше на 10 процентів нижче номінального атмосферного тиску, наприклад, щонайменше на 25 процентів нижче номінального атмосферного тиску, щонайменше на 50 процентів нижче номінального атмосферного тиску або щонайменше на 75 процентів нижче номінального атмосферного тиску. У деяких варіантах здійснення джерело вакууму використовують для підтримки в приймачі тиску нижче номінального атмосферного тиску.For example, a cutting device with a rotating knife can be used to simultaneously cut and screen the raw material. The raw material is cut between stationary blades and rotating blades to provide cut material that is passed through a screen and collected in a receiver. The receiver pressure may be below nominal atmospheric pressure, for example at least 10 percent below nominal atmospheric pressure, such as at least 25 percent below nominal atmospheric pressure, at least 50 percent below nominal atmospheric pressure, or at least 75 percent below nominal atmospheric pressure. In some embodiments, a vacuum source is used to maintain pressure in the receiver below nominal atmospheric pressure.

Целюлозний або лігноцелюлозний матеріал можна піддавати механічній обробці в сухому стані (наприклад, коли на його поверхні міститься невелика кількість вільної води або вода не міститься зовсім), гідратованому стані (наприклад, коли він містить до 10 95 мас. абсорбованої води), або у вологому стані, наприклад, коли він містить приблизно від 10 95 приблизно до 75 95 мас. води. Джерело волокна навіть можна механічно обробляти при частковому або повному зануренні в рідину, таку як вода, етанол або ізопропанол.A cellulosic or lignocellulosic material can be machined in a dry state (for example, when its surface contains little or no free water), in a hydrated state (for example, when it contains up to 10 95 wt. of absorbed water), or in a wet state state, for example, when it contains from about 10 95 to about 75 95 wt. water The fiber source can even be mechanically processed by partial or total immersion in a liquid such as water, ethanol, or isopropanol.

Целюлозний або ліпюцелюлозний матеріал також можна піддавати механічній обробці в газі (наприклад, в потоці або в атмосфері газу, відмінній від повітря), наприклад, в кисні або в азоті або в пару.The cellulosic or lipucellulosic material can also be machined in a gas (eg, in a stream or in a gas atmosphere other than air), such as oxygen or nitrogen or steam.

При необхідності, лігнін можна видалити з будь-якого волокнистого матеріалу, що містить лігнін, Також для сприяння дробленню матеріалів, які містять целюлозу, матеріал можна обробити перед або під час механічної обробки або опромінення з використанням тепла, хімічної речовини (наприклад, неорганічної кислоти, основи або сильного окисника, такого як гіпохлорит натрію) і/або ферменту. Наприклад, дроблення можна виконувати в присутності кислоти.If necessary, lignin can be removed from any fibrous material containing lignin. Also, to aid in the breakdown of cellulose-containing materials, the material can be treated prior to or during mechanical processing or irradiation using heat, a chemical (e.g., an inorganic acid, a base or a strong oxidizing agent such as sodium hypochlorite) and/or an enzyme. For example, crushing can be performed in the presence of acid.

Системи механічної обробки можна виконати з можливістю отримання потоків з конкретними характеристиками, такими як, наприклад, конкретний максимальний розмір, конкретне відношення довжини до ширини або конкретне відношення площ поверхонь. Механічна обробка може підвищувати швидкість реакції або знижувати необхідний час переробки, відкриваючи бо матеріали і роблячи їх більш доступними для процесів і/або реактивів, таких як реактиви в розчині. Використовуючи механічну обробку також можна керувати об'ємною густиною вихідних матеріалів. Наприклад, в деяких варіантах здійснення після механічної обробки матеріал має об'ємну густину меншу ніж 0,25 г/см3, наприклад, 0,20 г/см", 0,15 г/сму, 0,10 г/см3, 0,05 г/см або меншу, наприклад, 0,025 г/см3. Об'ємну густину визначають з використанням АТМ 018958. У короткому викладі, спосіб включає заповнення вимірювального циліндра відомого об'єму зразком і визначення маси зразка. Об'ємну густину обчислюють розподілом маси зразка в грамах на відомий об'єм циліндра в кубічних сантиметрах.Machining systems can be designed to produce streams with specific characteristics, such as, for example, a specific maximum size, a specific length-to-width ratio, or a specific surface area ratio. Mechanical processing can increase the reaction rate or reduce the required processing time by opening up materials and making them more accessible to processes and/or reagents, such as reagents in solution. Using mechanical processing, it is also possible to control the bulk density of the raw materials. For example, in some embodiments, after machining, the material has a bulk density of less than 0.25 g/cm3, for example, 0.20 g/cm", 0.15 g/cm3, 0.10 g/cm3, 0, 05 g/cm or less, e.g. 0.025 g/cm3. Bulk density is determined using ATM 018958. Briefly, the method involves filling a measuring cylinder of known volume with the sample and determining the mass of the sample. The bulk density is calculated by mass distribution of the sample in grams per known cylinder volume in cubic centimeters.

Якщо вихідний матеріал являє собою волокнистий матеріал, волокна механічно обробленого матеріалу можуть мати відносно велике середнє відношення довжини до діаметра (наприклад, більше за 20 до 1), навіть якщо їх різали більше одного разу. Крім того, волокна волокнистих матеріалів, описаних в цьому документі, можуть мати відносно вузький розподіл довжин і/або відношень довжини до діаметра.If the starting material is a fibrous material, the fibers of the machined material may have a relatively high average length-to-diameter ratio (eg, greater than 20 to 1), even if they have been cut more than once. In addition, the fibers of the fibrous materials described herein may have a relatively narrow distribution of lengths and/or length-to-diameter ratios.

Як застосовують в цьому документі, середня ширина волокна (наприклад, діаметр) являє собою те, що визначають оптичним шляхом випадкового вибору приблизно 5000 волокон.As used herein, the average fiber width (eg, diameter) is that determined optically from a random selection of approximately 5,000 fibers.

Середня довжина волокна являє собою скоректовану довжину, зважену по довжині. ВЕТ (Вгипацег, Еттеї і ТеМПег) площа поверхні являє собою багатоточкову площу поверхні, а пористість являє собою пористість, яку визначають з допомогою ртутної порозиметрії.The average fiber length is the corrected length weighted by length. VET (Vhypaceg, Ettei and TeMPeg) surface area is a multi-point surface area, and porosity is porosity determined by mercury porosimetry.

Якщо вихідний матеріал являє собою волокнистий матеріал, то середнє відношення довжини до діаметра волокон механічно обробленого матеріалу може скласти, наприклад, більше ніж 8/1, наприклад, більше ніж 10/1, більше ніж 15/1, більше ніж 20/1, більше ніж 25/1 або більше ніж 50/1. Середня довжина волокна механічно обробленого матеріалу може складати, наприклад, між приблизно 0,5 мм і 2,5 мм, наприклад, між приблизно 0,75 мм і 1,0 мм, і середня ширина (наприклад, діаметр) другого волокнистого матеріалу 14 може складати, наприклад, між приблизно 5 мкм і 50 мкм, наприклад, між приблизно 10 мкм і 30 мкм.If the starting material is a fibrous material, the average length to diameter ratio of the fibers of the machined material may be, for example, greater than 8/1, for example, greater than 10/1, greater than 15/1, greater than 20/1, greater than than 25/1 or more than 50/1. The average fiber length of the machined material may be, for example, between about 0.5 mm and 2.5 mm, for example, between about 0.75 mm and 1.0 mm, and the average width (e.g., diameter) of the second fibrous material 14 may be, for example, between about 5 μm and 50 μm, for example, between about 10 μm and 30 μm.

У деяких варіантах здійснення, якщо вихідний матеріал являє собою волокнистий матеріал, то стандартне відхилення довжини волокна механічно обробленого матеріалу може складати менше ніж 60 95 середньої довжини волокна механічно обробленого матеріалу, наприклад, менше ніж 50 95 середньої довжини, менше ніж 40 95 середньої довжини, менше ніж 25 95 середньої довжини, менше ніж 10 95 середньої довжини, менше ніж 5 956 середньої довжини або навіть менше ніж 1 95 середньої довжини.In some embodiments, if the starting material is a fibrous material, the standard deviation of the fiber length of the machined material may be less than 60 95 of the average fiber length of the machined material, for example, less than 50 95 of the average length, less than 40 95 of the average length, less than 25 95 average length, less than 10 95 average length, less than 5 956 average length, or even less than 1 95 average length.

У деяких варіантах здійснення ВЕТ площа поверхні механічно обробленого матеріалу складає більше ніж 0,1 м2/г, наприклад, більше ніж 0,25 мг/г, більше ніж 0,5 м2/г, більше ніж 1,0 мг/г, більше ніж 1,5 м-/г, більше ніж 1,75 мг/г, більше ніж 5,0 мг/г, більше ніж 10 ме/г, більше ніж 25 ме/г, більше ніж 35 м2/г, більше ніж 50м2/г, більше ніж 60 ме/г, більше ніж 75 м-/г, більше ніж 100 м2/г, більше ніж 150 м2/г, більше ніж 200 м32/г, або навіть більше ніж 250 мг/г.In some embodiments of the VET, the surface area of the machined material is greater than 0.1 m2/g, for example, greater than 0.25 mg/g, greater than 0.5 m2/g, greater than 1.0 mg/g, greater than than 1.5 m-/g, more than 1.75 mg/g, more than 5.0 mg/g, more than 10 me/g, more than 25 me/g, more than 35 m2/g, more than 50 m2/g, more than 60 me/g, more than 75 m-/g, more than 100 m2/g, more than 150 m2/g, more than 200 m32/g, or even more than 250 mg/g.

Пористість механічно обробленого матеріалу може складати, наприклад, більше ніж 20 95, більше ніж 25 95, більше ніж 35 95, більше ніж 50 95, більше ніж 60 95, більше ніж 70 95, більше ніж 80 95, більше ніж 85 95, більше ніж 90 95, більше ніж 92 95, більше ніж 94 95, більше ніж 95 95, більше ніж 97,5 95, більше ніж 99 95, або навіть більше ніж 99,5 965.The porosity of the machined material may be, for example, greater than 20 95, greater than 25 95, greater than 35 95, greater than 50 95, greater than 60 95, greater than 70 95, greater than 80 95, greater than 85 95, more than 90 95, more than 92 95, more than 94 95, more than 95 95, more than 97.5 95, more than 99 95, or even more than 99.5 965.

У деяких ситуаціях може бути бажаним отримати матеріал з низькою об'ємною густиною, ущільнити матеріал (наприклад, щоб полегшити або здешевити транспортування в інше місце), і потім повернути матеріал в стан з більш низькою об'ємною густиною. Ущільнені матеріали можна обробляти будь-якими способами, описаними в цьому документі, або будь-який матеріал, оброблений будь-якими способами, описаними в цьому документі можна згодом ущільнити, наприклад, як розкрито в УУО 2008/0731 86.In some situations, it may be desirable to obtain a material with a low bulk density, compact the material (for example, to facilitate or reduce the cost of transportation to another location), and then return the material to a state with a lower bulk density. Compacted materials may be processed by any of the methods described herein, or any material processed by any of the methods described herein may subsequently be compacted, for example as disclosed in UUO 2008/0731 86.

Обробка випромінюваннямRadiation treatment

Одну або декілька послідовностей переробки випромінюванням можна використовувати для переробки вихідного матеріалу, і для надання структурно-модифікованого матеріалу, який виконує функцію вхідної речовини для подальших стадій і/або послідовностей переробки.One or more radiation processing sequences can be used to process the starting material, and to provide a structurally modified material that serves as an input material for further stages and/or processing sequences.

Наприклад, опромінення може знижувати молекулярну масу і/або кристалічність вихідного матеріалу, У деяких варіантах здійснення енергія, запасену в матеріалі, який вивільняє електрон з його атомної орбіталі, використовують для опромінення матеріалів. Можна забезпечити випромінювання за допомогою 1) важких заряджених частинок, таких як альфа- частинки або протони, 2) електронів, отриманих, наприклад, в бета-розпаді або прискорювачі пучка електронів, або 3) електромагнітного випромінювання, наприклад, гамма-променів, рентгенівських променів або ультрафіолетових променів. У одному підході випромінювання, отримане за допомогою радіоактивних речовин, можна використовувати для опромінення вихідного матеріалу. У деяких варіантах здійснення можна використовувати будь-яку комбінацію в будь-якому порядку або одночасно з (1) до (3). У іншому підході електромагнітне бо випромінювання (наприклад, отримане з використанням джерел пучків електронів) можна використовувати для опромінення вихідного матеріалу. Застосовувані дози залежать від необхідного ефекту і конкретного вихідного матеріалу. Наприклад, високі дози випромінювання можуть руйнувати хімічні зв'язки в компонентах вихідного матеріалу. У деяких випадках, коли бажано розщепнути ланцюг і/або бажано функціоналізувати ланцюг полімеру, можна використовувати частинки, більш важкі, ніж електрони, такі як протони, ядра гелію, іони аргону, іони кремнію, іони неону, іони вуглецю, іони фосфору, іони кисню або іони азоту. Коли бажано здійснити розщеплення ланцюга з розкриттям кільця, можна використовувати позитивно заряджені частинки відносно їх властивостей кислоти Льюїса для посилення розщеплення ланцюга з розкриттям кільця. Наприклад, коли бажане максимальне окиснення, іони кисню можна використовувати, а коли бажане максимальне нітрування, можна використовувати іони азоту.For example, irradiation can reduce the molecular weight and/or crystallinity of the starting material. In some embodiments, the energy stored in the material, which releases an electron from its atomic orbital, is used to irradiate the material. Radiation can be provided by 1) heavy charged particles such as alpha particles or protons, 2) electrons obtained, for example, in beta decay or an electron beam accelerator, or 3) electromagnetic radiation, such as gamma rays, X-rays or ultraviolet rays. In one approach, radiation produced by radioactive substances can be used to irradiate the source material. In some embodiments, any combination of (1) through (3) can be used in any order or simultaneously. In another approach, electromagnetic radiation (for example, obtained using electron beam sources) can be used to irradiate the source material. The doses used depend on the desired effect and the specific starting material. For example, high doses of radiation can destroy chemical bonds in the components of the source material. In some cases where it is desirable to cleave the chain and/or it is desirable to functionalize the polymer chain, particles heavier than electrons can be used, such as protons, helium nuclei, argon ions, silicon ions, neon ions, carbon ions, phosphorus ions, oxygen ions or nitrogen ions. When ring-opening chain cleavage is desired, positively charged particles relative to their Lewis acid properties can be used to enhance ring-opening chain cleavage. For example, when maximum oxidation is desired, oxygen ions can be used, and when maximum nitration is desired, nitrogen ions can be used.

У одному способі опромінюють перший матеріал, який являє собою або містить целюлозу, З першою середньочисловою молекулярною масою (Ммі), наприклад, за допомогою обробки іонізуючим випромінюванням (наприклад, в формі гамма-випромінювання, рентгенівського випромінювання, ультрафіолетового світла (УФ) від 100 нм до 280 нм, пучка електронів або інших заряджених частинок) для надання другого матеріалу, який містить целюлозу з другою середньочисловою молекулярною масою (Мкг), більш низькою, ніж перша середньочислова молекулярна маса. Другий матеріал (або перший і другий матеріал) можна комбінувати з мікроорганізмом (при ферментативній обробці або без неї), який може використовувати другий іабо перший матеріал або цукри або лігнін, які входять до його складу, для отримання палива або іншого корисного продукту, який являє собою або містить водень, спирт (наприклад, етанол або бутанол, такий як н-, втор- або т-бутанол), органічну кислоту, вуглеводень або будь-які їх суміші.In one method, the first material, which is or contains cellulose, is irradiated with a first number average molecular weight (Mm), for example, by means of treatment with ionizing radiation (for example, in the form of gamma radiation, X-ray radiation, ultraviolet light (UV) from 100 nm up to 280 nm, a beam of electrons or other charged particles) to provide a second material that contains cellulose with a second number average molecular weight (Mkg) lower than the first number average molecular weight. The second material (or the first material and the second material) can be combined with a microorganism (with or without enzymatic treatment) that can use the second material or the first material or the sugars or lignin that are part of it to obtain a fuel or other useful product that is is or contains hydrogen, an alcohol (eg, ethanol or butanol, such as n-, sec-, or t-butanol), an organic acid, a hydrocarbon, or any mixture thereof.

Оскільки другий матеріал містить целюлозу із зниженою молекулярною масою відносно першого матеріалу, а в деяких випадках також із зниженою кристалічністю, другий матеріал як правило є більш диспергованим, здатним до набухання і/або розчинний в розчині, що містить мікроорганізм і/або фермент. Ці властивості роблять другий матеріал більш сприйнятливим до хімічної, ферментативної і/або біологічної атаки по відношенню до першого матеріалу, що може значно удосконалити швидкість отримання і/або отримуваний об'єм бажаного продукту,Since the second material contains cellulose with a reduced molecular weight relative to the first material, and in some cases also with reduced crystallinity, the second material is generally more dispersible, swellable and/or soluble in the solution containing the microorganism and/or enzyme. These properties make the second material more susceptible to chemical, enzymatic and/or biological attack relative to the first material, which can significantly improve the rate of production and/or the volume of the desired product obtained.

Зо наприклад, етанолу. Випромінювання також може забезпечувати стерилізацію матеріалів або будь-які середовища, необхідні для біологічної переробки матеріалу.For example, ethanol. Radiation may also provide sterilization of materials or any media required for biological processing of the material.

У деяких варіантах здійснення друга середньочислова молекулярна маса (Мкг) нижча першої середньочислової молекулярної маси (Ммі) більше ніж приблизно на 10 95, наприклад на 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 95, 60 95 або навіть більше ніж приблизно на 75 95.In some embodiments, the second number average molecular weight (Mg) is lower than the first number average molecular weight (Mmi) by more than about 10 95, such as by 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 95, 60 95, or even more than about on 75 95.

У деяких випадках другий матеріал містить целюлозу з кристалічністю (Сг), яка нижча, ніж кристалічність (Сі) целюлози в першому матеріалі. Наприклад, (Сг) може бути нижче, ніж (Сі) більше ніж приблизно на 10 95, наприклад на 15, 20, 25, 30, 35, 40 або навіть більше ніж приблизно на 50 95.In some cases, the second material contains cellulose with a crystallinity (Cg) that is lower than the crystallinity (Si) of the cellulose in the first material. For example, (Cg) may be lower than (Si) by more than about 10 95 , such as by 15, 20, 25, 30, 35, 40, or even more than about 50 95 .

У деяких варіантах здійснення вихідний коефіцієнт кристалічності (перед опроміненням) складає приблизно від 40 приблизно до 87,5 95, наприклад, приблизно від 50 приблизно до 75 95 або приблизно від 60 приблизно до 70 95, і коефіцієнт кристалічності після опромінення складає приблизно від 10 приблизно до 50 95, наприклад, приблизно від 15 приблизно до 45 95 або приблизно від 20 приблизно до 40 95. Однак в деяких варіантах здійснення, наприклад, після обширного опромінення, коефіцієнт кристалічності може складати менше 595. У деяких варіантах здійснення матеріал після опромінення є по суті аморфним.In some embodiments, the initial crystallinity (before irradiation) is from about 40 to about 87.5 95, such as from about 50 to about 75 95 or from about 60 to about 70 95, and the crystallinity after irradiation is from about 10 to about to 50 95, for example, from about 15 to about 45 95 or from about 20 to about 40 95. However, in some embodiments, for example, after extensive irradiation, the crystallinity factor may be less than 595. In some embodiments, the material after irradiation is essentially amorphous.

У деяких варіантах здійснення вихідна середньочислова молекулярна маса (перед опроміненням) складає приблизно від 200000 приблизно до 3200000, наприклад, приблизно від 250000 приблизно до 1000000 або приблизно від 250000 приблизно до 700000, а середньочислова молекулярна маса після опромінення складає приблизно від 50000 приблизно до 200000, наприклад, приблизно від 60000 приблизно до 150000 або приблизно від 70000 приблизно до 125000. Однак в деяких варіантах здійснення, наприклад, після обширного опромінення, середньочислова молекулярна маса може складати менше ніж приблизно 10000 або навіть менше ніж приблизно 5000.In some embodiments, the initial number average molecular weight (before irradiation) is from about 200,000 to about 3,200,000, such as from about 250,000 to about 1,000,000 or from about 250,000 to about 700,000, and the number average molecular weight after irradiation is from about 50,000 to about 200,000, for example, from about 60,000 to about 150,000 or from about 70,000 to about 125,000. However, in some embodiments, such as after extensive irradiation, the number average molecular weight may be less than about 10,000 or even less than about 5,000.

У деяких варіантах здійснення другий матеріал може мати рівень окиснення (О2г), який вищий ніж рівень окиснення (01) першого матеріалу. Більш високий рівень окиснення матеріалу може сприяти його диспергованості, здатності до набухання і/або розчинності, що додатково збільшує сприйнятливість матеріалу до хімічної, ферментативної або біологічної атаки. У деяких варіантах здійснення для підвищення рівня окиснення другого матеріалу по відношенню 60 до першого матеріалу, опромінення виконують в окиснювальному середовищі, наприклад, в повітряній або кисневій оболонці, з отриманням другого матеріалу, який окиснений більше, ніж перший матеріал. Наприклад, другий матеріал може містити додаткові гідроксильні групи, альдегідні групи, кетогрупи, складноефірні групи або групи карбонових кислот, які можуть підвищувати його гідрофільність.In some embodiments, the second material may have an oxidation level (O2g) that is higher than the oxidation level (01) of the first material. A higher level of oxidation of a material can contribute to its dispersibility, swellability, and/or solubility, which further increases the material's susceptibility to chemical, enzymatic, or biological attack. In some embodiments, to increase the level of oxidation of the second material in relation to the first material, irradiation is performed in an oxidizing environment, for example, in an air or oxygen envelope, to obtain a second material that is oxidized more than the first material. For example, the second material may contain additional hydroxyl groups, aldehyde groups, keto groups, ester groups, or carboxylic acid groups that may increase its hydrophilicity.

Іонізуюче випромінюванняIonizing radiation

Кожна форма випромінювання іонізує вуглецевмісний матеріал за допомогою специфічних взаємодій, які визначаються енергією випромінювання. Важкі заряджені частинки спочатку іонізують речовину за допомогою кулонівського розсіювання; крім того, ці взаємодії утворюють електрони високої енергії, які можуть додатково іонізувати речовину. Альфа-частинки ідентичні ядру атома гелію і їх отримують за допомогою альфа-розпаду різних радіоактивних ядер, таких як ізотопи вісмуту, полонію, астату, радону, францію, радію, деяких актиноїдів, таких як актиній, торій, уран, нептуній, кюрій, каліфорній, америцій і плутоній.Each form of radiation ionizes the carbonaceous material through specific interactions determined by the energy of the radiation. Heavy charged particles first ionize matter by means of Coulomb scattering; in addition, these interactions produce high-energy electrons that can further ionize matter. Alpha particles are identical to the nucleus of a helium atom and are produced by the alpha decay of various radioactive nuclei, such as isotopes of bismuth, polonium, astatine, radon, francium, radium, some actinoids such as actinium, thorium, uranium, neptunium, curium, californium , americium and plutonium.

Коли використовують частинки, вони можуть мати нульовий заряд (незаряджені), позитивний заряд або негативний заряд. При наявності заряду, заряджені частинки можуть нести один позитивний або негативний заряд або декілька зарядів, наприклад, один, два, три або навіть чотири заряди. У тих випадках, коли бажано розщеплення ланцюга, позитивно заряджені частинки можуть бути доцільними, частково внаслідок їх кислотних властивостей.When particles are used, they can have zero charge (uncharged), positive charge, or negative charge. When charged, charged particles can carry a single positive or negative charge or multiple charges, such as one, two, three, or even four charges. In cases where chain cleavage is desired, positively charged particles may be desirable, in part due to their acidic properties.

Коли використовують частинки, частинки можуть мати масу електрона, що покоїться, або більшою масою, наприклад, в 500, 1000, 1500, 2000, 10000 або навіть що в 100000 разів перевищує масу електрона, що покоїться. Наприклад, частинки можуть мати масу приблизно від 1 атомної одиниці приблизно до 150 атомних одиниць, наприклад, приблизно від 1 атомної одиниці приблизно до 50 атомних одиниць або приблизно від 1 приблизно до 25, наприклад, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 або 15 а.е.м. Прискорювачі, які використовуються для прискорення частинок, можуть являти собою електростатичний прискорювач постійного струму, електродинамічний прискорювач постійного струму, РЧ лінійний, магнітний індукційний лінійний прискорювач або прискорювач на незатухаючій хвилі. Наприклад, прискорювачі циклотронного типу доступні вWhen particles are used, the particles can have the mass of the electron at rest, or a mass greater than, for example, 500, 1000, 1500, 2000, 10000, or even 100,000 times the mass of the electron at rest. For example, the particles may have a mass of from about 1 atomic unit to about 150 atomic units, such as from about 1 atomic unit to about 50 atomic units, or from about 1 to about 25, such as 1, 2, 3, 4, 5, 10 , 12 or 15 a.e.m. Accelerators used to accelerate particles can be an electrostatic DC accelerator, an electrodynamic DC accelerator, an RF linear accelerator, a magnetic induction linear accelerator, or an undamped wave accelerator. For example, cyclotron-type accelerators are available in

ІВА, Бельгія, такі як система НПодаїйгопФ), тоді як прискорювачі постійного струму доступні в ВО, нині ІВА Іпдизійаї, такі як ОупатійгопФ). Іони і прискорювачі іони розглянуті в Іпігодисіогу МисієагIVA, Belgium, such as the NPodaiigopF system), while DC accelerators are available in VO, now IVA Ipdisiyai, such as OupatiigopF). Ions and ion accelerators are discussed in Ipygodisiogus Mysieag

РНузісв, Кеппеїйп 5. Ктапе, дойп У/їєу в Бопв, Іпс. (1988), Ківіо Ргеїєс, РІІКА В 6 (1997) 4, 177- 206, Спи, Мат Т., "Омег/ем/ ої Гідп-оп Веат Тпегару" Соіїмтбрив-Опіо, ІСВО-ІАЕА Меевіїпо, 18-20 Маси 2006, Імага, М. еї аї, "АПегпайпд-Рпазе-БРосизей ІН-ОТІ тог Неаму-Іоп Меаісаї!Rnuzisv, Keppeiip 5. Ktape, doip U/ieu in Bopv, Ips. (1988), Kivio Rgeies, RIICA V 6 (1997) 4, 177-206, Spy, Mat T., "Omega/em/oi Gidp-op Veat Tpegaru" Soimtbriv-Opio, ISVO-IAEA Meeviipo, 18-20 Masy 2006, Imaga, M. ei ai, "APegpiped-Rpaze-BROsizei IN-OTI tog Neamu-Iop Meaisai!

Ассе|егайогв" Ргосеедіпд5 ої ЕРАС 2006, Едіпритгон, 5сойапа апа І вапег, СМ. еї аї., "Згай5 ої Те зЗирегсопашйсіїпа ЕСВ оп бБошгсе Мепив" Ргосеєдіпд5 ої ЕРАС 2000, Міеєппа, А!й5їпа.Asse|egayogv" Rgoseedipd5 oi ERAS 2006, Edipritgon, 5soyapa apa I wapeg, SM. ei ai., "Zgai5 oi Te zZyregsopashysiipa ESV op bBoshgse Mepyv" Rgoseedipd5 oi ERAS 2000, Mieeppa, A!y5ip.

Перевагою гамма-випромінювання є значна глибина проникнення в різні матеріали.The advantage of gamma radiation is the considerable depth of penetration into various materials.

Джерела гамми-променів включають радіоактивні ядра, такі як ізотопи кобальту, кальцію, технецію, хрому, галію, індію, йоду, заліза, криптону, самарію, селену, натрію, талію і ксенону.Sources of gamma rays include radioactive nuclei such as isotopes of cobalt, calcium, technetium, chromium, gallium, indium, iodine, iron, krypton, samarium, selenium, sodium, thallium, and xenon.

Джерела рентгенівських променів включають зіткнення пучків електронів з металевими мішенями, такими як вольфрам або молібден або сплави, або компактні джерела світла, такі як ті, що проводить Гупсєап на комерційній основі.X-ray sources include collisions of electron beams with metal targets such as tungsten or molybdenum or alloys, or compact light sources such as those operated commercially by Gupseap.

Джерела ультрафіолетового випромінювання включають дейтерієві або кадмієві лампи.Sources of ultraviolet radiation include deuterium or cadmium lamps.

Джерела інфрачервоного випромінювання включають сапфірові, цинкові або керамічні лампи з селенідовим вікном.Infrared sources include sapphire, zinc, or ceramic lamps with a selenide window.

Джерела мікрохвиль включають клістрони, РЧ джерела Сльовіна або джерела пучків атомів, які використовують газоподібний водень, кисень або азот.Microwave sources include klystrons, Slovin RF sources, or atom beam sources using hydrogen, oxygen, or nitrogen gas.

У деяких варіантах здійснення пучки електронів використовують як джерело випромінювання. Перевагою пучків електронів є висока потужність дози (наприклад, 1, 5 або навіть 10 Мрад на секунду), високопродуктивне, менш захищене і менш герметичне обладнання. Також електрони можуть більш ефективно ініціювати розщеплення ланцюга. Крім того, електрони з енергіями 4-10 МеВ можуть мати глибину проникнення від 5 до 30 мм абоIn some embodiments, electron beams are used as a radiation source. The advantage of electron beams is a high dose rate (for example, 1, 5 or even 10 Mrad per second), high performance, less protected and less hermetic equipment. Also, electrons can more effectively initiate chain cleavage. In addition, electrons with energies of 4-10 MeV can have a penetration depth of 5 to 30 mm or

БО більшу, наприклад, 40 мм.BO larger, for example, 40 mm.

Пучки електронів можна генерувати, наприклад, за допомогою електростатичних генераторів, каскадних генераторів, трансформаторів-генераторів, низькоенергетичних прискорювачів зі скануючою системою, низькоенергетичних прискорювачів з лінійним катодом, лінійних прискорювачів і імпульсних прискорювачів. Електрони як джерело іонізуючого випромінювання можна використовувати, наприклад, для відносно тонких шарів матеріалів, наприклад, менше ніж 0,5 дюйма, наприклад, менше ніж 0,4 дюйма, 0,3 дюйма, 0,2 дюйма або менше ніж 0,1 дюйма. У деяких варіантах здійснення енергія кожного електрона в пучки електронів складає приблизно від 0,3 МеВ приблизно до 2,0 МеВ (мільйона електрон-вольт), наприклад, приблизно від 0,5 МеВ приблизно до 1,5 МеВ або приблизно від 0,7 МеВ приблизно 60 до 1,25 МеВ.Electron beams can be generated, for example, by electrostatic generators, cascade generators, generator transformers, low-energy scanning accelerators, low-energy linear cathode accelerators, linear accelerators, and pulse accelerators. Electrons as a source of ionizing radiation can be used, for example, for relatively thin layers of materials, such as less than 0.5 inch, such as less than 0.4 inch, 0.3 inch, 0.2 inch, or less than 0.1 inch . In some embodiments, the energy of each electron in the electron beams is from about 0.3 MeV to about 2.0 MeV (million electron volts), such as from about 0.5 MeV to about 1.5 MeV or from about 0.7 MeV approximately 60 to 1.25 MeV.

Пристрої для опромінення пучків електронів можна отримати комерційним шляхом з опDevices for irradiating electron beams can be obtained commercially from op

Веат Арріїсайопв, І оимаїп-Іа-Мейме, Веїдішт або з Тіап Согрогайоп, Зап Оієдо, СА. Типові енергії електронів можуть становити 1 МеВ, 2 МеВ, 4,5 МеВ, 7,5 МеВ або 10 МеВ. Типова потужність пристрою для опромінення пучків електронів може становити 1 кВт, 5 кВт, 10 кВт, 20 кВт, 50 кВт, 100 кВт, 250 кВт або 500 кВт. Рівень деполімеризації вихідного матеріалу залежить від використаної енергії електрона і застосованої дози, тоді як час впливу залежить від потужності і дози. Типові дози можуть приймати значення в 1 кГр, 5 кГр, 10 кГр, 20 кГр, 50 кГр, 100 кГр або 200 кГр.Veat Arriisaiopv, I oimaip-Ia-Meime, Veidisht or from Tiap Sogrogayop, Zap Oiedo, SA. Typical electron energies can be 1 MeV, 2 MeV, 4.5 MeV, 7.5 MeV, or 10 MeV. A typical power of an electron beam irradiator can be 1 kW, 5 kW, 10 kW, 20 kW, 50 kW, 100 kW, 250 kW or 500 kW. The level of depolymerization of the starting material depends on the used electron energy and the applied dose, while the exposure time depends on the power and dose. Typical doses can be 1 kGy, 5 kGy, 10 kGy, 20 kGy, 50 kGy, 100 kGy or 200 kGy.

Пучки іонізованих частинокBeams of ionized particles

Частинки більш важкі, ніж електрони, можна використовувати для опромінення матеріалів, таких як вуглеводи або матеріали, які містять вуглеводи, наприклад, целюлозні матеріали, лігноцелюлозні матеріали, крохмалисті матеріали або будь-які їх суміші і інші матеріали, описані в цьому документі. Наприклад, можна використовувати протони, ядра гелію, іони аргону, іони кремнію, іони неону, іони вуглецю, іони фосфору, іони кисню або іони азоту. У деяких варіантах здійснення частинки, більш важкі, ніж електрони, можуть індукувати збільшену кількість розщеплення ланцюгів (відносно до більш легких частинок). У деяких випадках позитивно заряджені частинки можуть індукувати збільшену кількість розщеплення ланцюгів, ніж негативно заряджені частинки, внаслідок їх кислотності.Particles heavier than electrons can be used to irradiate materials such as carbohydrates or materials that contain carbohydrates, such as cellulosic materials, lignocellulosic materials, starchy materials, or any mixture thereof, and other materials described herein. For example, protons, helium nuclei, argon ions, silicon ions, neon ions, carbon ions, phosphorus ions, oxygen ions or nitrogen ions can be used. In some embodiments, particles heavier than electrons can induce an increased amount of chain cleavage (relative to lighter particles). In some cases, positively charged particles can induce an increased amount of chain cleavage than negatively charged particles due to their acidity.

Пучки більш важких частинок можна генерувати, наприклад, з використанням лінійних прискорювачів або циклотронів. У деяких варіантах здійснення енергія кожної частинки пучка складає приблизно від 1,0 МеВ/а.е. приблизно до 6000 МеВ/а.е., наприклад, приблизно від ЗBeams of heavier particles can be generated, for example, using linear accelerators or cyclotrons. In some embodiments, the energy of each beam particle is from approximately 1.0 MeV/a.e. up to about 6000 MeV/a.u., for example, from about Z

МеВ/ае. приблизно до 4800 МеВ/а.е., або приблизно від 10 МеВ/ае. приблизно до 1000MeV/ae. up to approximately 4800 MeV/ae, or from approximately 10 MeV/ae. to about 1,000

Мев/а.е.Mev/a.e.

У певних варіантах здійснення пучки іонів, які використовують для опромінення вуглецевмісних матеріалів, наприклад, матеріалів з біомаси, можуть містити більше ніж один тип іонів. Наприклад, пучки іонів можуть містити суміші двох або більше (наприклад, трьох, чотирьох або більше) різних типів іонів. Зразкові суміші можуть містити іони вуглецю і протони, іони вуглецю і іони кисню, іони азоту і протони, і іони заліза і протони. У більш загальному випадку можна використовувати суміші будь-яких іонів, розглянутих вище (або будь-яких іншихIn certain embodiments, ion beams used to irradiate carbonaceous materials, such as biomass materials, may contain more than one type of ion. For example, ion beams may contain mixtures of two or more (eg, three, four, or more) different types of ions. Exemplary mixtures may contain carbon ions and protons, carbon ions and oxygen ions, nitrogen ions and protons, and iron ions and protons. In a more general case, you can use mixtures of any of the ions discussed above (or any other

Зо іонів), для формування опромінюючих пучків іонів. Зокрема, в одному пучку іонів молена використовувати суміші відносно легких і відносно важких іонів.From ions), for the formation of irradiating beams of ions. In particular, a mixture of relatively light and relatively heavy ions should be used in one ion beam.

У деяких варіантах здійснення пучки іонів для опромінення матеріалів містять позитивно заряджені іони. Позитивно заряджені іони можуть містити, наприклад, позитивно заряджені іони водню (наприклад, протони), іони благородних газів (наприклад, гелію, неону, аргону), іони вуглецю, іони азоту, іони кисню, атоми кремнію, іони фосфору і іони металів, такі як іони натрію, іони кальцію і/або іони заліза. Не бажаючи обмежуватися якою-небудь теорією, вважають, що такі позитивно заряджені іони мають хімічні властивості фрагментів кислот Льюїса, коли піддаються впливу матеріалів, які ініціюють і підтримують реакції катіонного розщеплення ланцюга з розкриттям кільця в окиснювальному середовищі.In some embodiments, ion beams for irradiating materials contain positively charged ions. Positively charged ions may include, for example, positively charged hydrogen ions (e.g., protons), noble gas ions (e.g., helium, neon, argon), carbon ions, nitrogen ions, oxygen ions, silicon atoms, phosphorus ions, and metal ions such as as sodium ions, calcium ions and/or iron ions. Without wishing to be bound by any theory, it is believed that such positively charged ions have the chemical properties of Lewis acid fragments when exposed to materials that initiate and support cationic ring-opening chain cleavage reactions in an oxidizing environment.

У певних варіантах здійснення пучки іонів для опромінення матеріалів містять негативно заряджені іони. Негативно заряджені іони можуть містити, наприклад, негативно заряджені іони водню (наприклад, іони гідриду) і негативно заряджені іони різних відносно електронегативних ядер (наприклад, іони кисню, іони азоту, іони вуглецю, іони кремнію і іони фосфору). Не бажаючи обмежуватися якою-небудь теорією, вважають, що такі негативно заряджені іони мають хімічні властивості фрагментів основ Льюїса, коли піддаються впливу матеріалів, що викликають реакції аніонного розщеплення ланцюга з розкриттям кільця у відновному середовищі.In certain embodiments, ion beams for irradiating materials contain negatively charged ions. Negatively charged ions may include, for example, negatively charged hydrogen ions (e.g., hydride ions) and negatively charged ions of various relatively electronegative nuclei (e.g., oxygen ions, nitrogen ions, carbon ions, silicon ions, and phosphorus ions). Without wishing to be bound by any theory, it is believed that such negatively charged ions have the chemical properties of Lewis base fragments when exposed to materials that cause anionic ring-cleavage reactions in a reducing environment.

У деяких варіантах здійснення пучки для опромінення матеріалів можуть містити нейтральні атоми. Наприклад, будь-який один або декілька з атомів водню, атомів гелію, атомів вуглецю, атомів азоту, атомів кисню, атомів неону, атомів кремнію, атомів фосфору, атомів аргону і атомів заліза можуть міститися в пучках, які використовують для опромінення матеріалів з біомаси. У основному, в пучках можуть бути присутніми суміші будь-яких двох або більше вказаних вище типів атомів (наприклад, трьох або більше, чотирьох або більше або навіть більше).In some embodiments, beams for irradiating materials may contain neutral atoms. For example, any one or more of hydrogen atoms, helium atoms, carbon atoms, nitrogen atoms, oxygen atoms, neon atoms, silicon atoms, phosphorus atoms, argon atoms, and iron atoms can be contained in the beams used to irradiate biomass materials. . Basically, mixtures of any two or more of the above types of atoms (eg, three or more, four or more, or even more) may be present in the bundles.

У певних варіантах здійснення пучки іонів, які використовують для опромінення матеріалів, містять позитивно заряджені іони, такі як один або декілька з Не, Н", Не", Ме", А", Сх, С, Ох, 6,In certain embodiments, the ion beams used to irradiate materials contain positively charged ions, such as one or more of He, H", He", Me", A", Xx, C, Ox, 6,

М, М, бі, З, Ре, Р, Мах, Са: і Ге». У деяких варіантах здійснення пучки іонів можуть містити іони з декількома зарядами, такі як один або декілька з С2, С, Сб, Мк, Ме, М, Ог2я, Оу, бог,M, M, bi, Z, Re, R, Mach, Sa: and Ge". In some embodiments, the ion beams may contain ions with multiple charges, such as one or more of C2, C, Sb, Mk, Me, M, Og2ya, Ou, boh,

Біг, Бій, Біг і БІ. В основному, пучки іонів також можуть містити більш складні багатоядерні 60 іони, які несуть декілька позитивних або негативних зарядів. У певних варіантах здійснення завдяки структурі багатоядерного іона позитивні або негативні заряди можна ефективно розподілити по суті по всій структурі іона. У деяких варіантах здійснення позитивні або негативні заряди можна в деякій мірі локалізувати в частині структури іона.Run, Fight, Run and BI. Basically, ion beams can also contain more complex polynuclear 60 ions that carry multiple positive or negative charges. In certain embodiments, due to the polynuclear ion structure, positive or negative charges can be effectively distributed over essentially the entire ion structure. In some embodiments, the positive or negative charges can be localized to some extent within a portion of the ion structure.

Електромагнітне випромінюванняElectromagnetic radiation

У варіантах здійснення, де опромінення виконують з використанням електромагнітного випромінювання, енергія електромагнітного випромінювання на фотон може складати, наприклад, (в електроні-вольтах) більше ніж 102 еВ, наприклад, більше ніж 109, 107, 105, 105 або навіть більше ніж 107 еВ. У деяких варіантах здійснення енергія електромагнітного випромінювання має на фотон між 107 ї 107, наприклад, між 105 і 105 еВ. Частота електромагнітного випромінювання може складати, наприклад, більше ніж 106 Гц, більше ніж 1017 Гу, 1018, 1019, 1020 або навіть більше ніж 102! Гц. У деяких варіантах здійснення частота електромагнітного випромінювання складає між 10 і 10 Гц, наприклад, між 1079 і 102! Гц.In embodiments where exposure is performed using electromagnetic radiation, the electromagnetic radiation energy per photon may be, for example, (in electron volts) greater than 102 eV, such as greater than 109, 107, 105, 105, or even greater than 107 eV . In some embodiments, the electromagnetic radiation energy per photon is between 107 and 107, for example, between 105 and 105 eV. The frequency of electromagnetic radiation can be, for example, more than 106 Hz, more than 1017 Hu, 1018, 1019, 1020 or even more than 102! Hz. In some embodiments, the frequency of electromagnetic radiation is between 10 and 10 Hz, for example, between 1079 and 102! Hz.

ДозиDoses

Доза випромінювання залежить від вмісту лігніну в вихідному матеріалі. Наприклад, в деяких випадках на 195 мас. лігніну в вихідному матеріалі, що отримують з біомаси, доставляють від 0,1 Мрад 5,0 Мрад, наприклад, від 0,25 Мрад до 4,0 Мрад або від 0,3 Мрад до 3,5 Мрад на 1 95.The radiation dose depends on the lignin content in the source material. For example, in some cases, 195 wt. lignin in the biomass feedstock is delivered from 0.1 Mrad to 5.0 Mrad, for example, from 0.25 Mrad to 4.0 Mrad or from 0.3 Mrad to 3.5 Mrad per 1 95.

У деяких варіантах здійснення опромінення (з використанням будь-якого джерела випромінювання або комбінації джерел) виконують доти, поки матеріал не отримає дозу щонайменше 0,25 Мрад, наприклад, щонайменше 1,0 Мрад, щонайменше 2,5 Мрад, щонайменше 5,0 Мрад або щонайменше 10,0 Мрад. У деяких варіантах здійснення опромінення виконують доти, поки матеріал не отримає дозу між 1,0 Мрад і 6,0 Мрад, наприклад, між 1,5In some embodiments, irradiation (using any radiation source or combination of sources) is performed until the material receives a dose of at least 0.25 Mrad, e.g., at least 1.0 Mrad, at least 2.5 Mrad, at least 5.0 Mrad or at least 10.0 Mrad. In some embodiments, exposures are performed until the material receives a dose between 1.0 Mrad and 6.0 Mrad, for example between 1.5

Мрад і 4,0 Мрад.Mrad and 4.0 Mrad.

У деяких варіантах здійснення опромінення виконують при потужності дози між 5,0 і 1500,0In some embodiments, exposure is performed at a dose rate between 5.0 and 1500.0

Крад/год., наприклад, між 10,0 і 750,0 Крад/год. або між 50,0 і 350,0 Крад/год.Stealth/hour, for example, between 10.0 and 750.0 Stealth/hour. or between 50.0 and 350.0 Krad/h.

У деяких варіантах здійснення використовують два або більше джерел випромінювання, такі як два або більше джерел іонізуючого випромінювання. Наприклад, зразки можна обробити, в будь-якому порядку, з використанням пучка електронів, за яким йде гамма-випромінювання і УФ світло з довжинами хвиль приблизно від 100 нм приблизно до 280 нм. У деяких варіантахIn some embodiments, the implementation uses two or more sources of radiation, such as two or more sources of ionizing radiation. For example, samples can be treated, in any order, using an electron beam followed by gamma radiation and UV light with wavelengths from about 100 nm to about 280 nm. In some variants

Зо здійснення зразки обробляють з використанням трьох джерел іонізуючого випромінювання, таких як джерела пучка електронів, гамма-випромінювання і УФ світла високої енергії.In practice, samples are processed using three sources of ionizing radiation, such as electron beam sources, gamma radiation, and high-energy UV light.

Обробка звукомSound processing

Одну або декілька послідовностей обробки звуком можна використовувати для переробки матеріалів з широкого спектра різних джерел для виділення корисних речовин з матеріалів і для надання частково розщепленого органічного матеріалу (коли використовують органічні матеріали), які виконують функцію вхідної речовини для подальших стадій і/або послідовностей переробки. Обробка звуком може знизити молекулярну масу і/або кристалічність матеріалів, таких як один або декілька з будь-яких матеріалів, описаних в цьому документі, наприклад, одне або декілька джерел вуглеводів, таких як целюлозні або лігноцелюлозні матеріали або крохмалисті матеріали. Як указано вище відносно випромінювання, параметри процесу, які використовують для обробки звуком, будуть змінюватися в залежності від вмісту лігніну в вихідному матеріалі. Наприклад, вихідні матеріали з більш високими рівнями лігніну, як правило, вимагають більш тривалого часу впливу і/або рівня енергії, що веде до більш високої загальної енергії, доставленої в вихідний матеріал.One or more sonication sequences can be used to process materials from a wide variety of different sources to extract useful substances from the materials and to provide partially decomposed organic material (when organic materials are used) that serve as input material for further stages and/or processing sequences. Sonication may reduce the molecular weight and/or crystallinity of materials such as one or more of any of the materials described herein, such as one or more carbohydrate sources such as cellulosic or lignocellulosic materials or starchy materials. As indicated above with respect to radiation, the process parameters used for sonication will vary depending on the lignin content of the feedstock. For example, feedstocks with higher lignin levels tend to require longer exposure times and/or energy levels, leading to higher total energy delivered to the feedstock.

У одному способі перший матеріал, який містить целюлозу, який має першу середньочислову молекулярну масу (М»м1), диспергують в середовищі, такому як вода, і обробляють звуком і/або іншим чином утворюють порожнини, щоб надати другий матеріал, який містить целюлозу, який має більш низьку другу середньочислову молекулярну масу (Мкг), ніж перша середньочислова молекулярна маса. Другий матеріал (або перший і другий матеріал в певних варіантах здійснення) можна об'єднувати з мікроорганізмом (з використанням ферментативної обробки або без неї), який може використовувати другий і/або перший матеріал, для отримання палива, яке являє собою або містить водень, спирт, органічну кислоту, вуглеводень або будь-які їх суміші.In one method, a first cellulose-containing material having a first number average molecular weight (M»m1) is dispersed in a medium such as water and sonicated and/or otherwise cavitated to provide a second cellulose-containing material, which has a lower second number average molecular weight (µg) than the first number average molecular weight. The second material (or the first and second materials in certain embodiments) can be combined with a microorganism (with or without enzymatic treatment) that can use the second and/or first material to produce a fuel that is or contains hydrogen. alcohol, organic acid, hydrocarbon or any mixtures thereof.

Оскільки другий матеріал містить целюлозу із зниженою молекулярною масою по відношенню до першого матеріалу, а в деяких випадках також і зниженою кристалічністю, другий матеріал як правило є більш диспергованим, здатним до набухання і/або розчинним в розчині, що містить мікроорганізм, наприклад, в концентрації більше ніж 105 мікроорганізмів/мл.Since the second material contains cellulose with a reduced molecular weight relative to the first material, and in some cases also reduced crystallinity, the second material is generally more dispersible, swellable and/or soluble in the solution containing the microorganism, for example at a concentration more than 105 microorganisms/ml.

Ці властивості роблять другий матеріал більш сприйнятливим для хімічної, ферментативної іабо мікробної атаки по відношенню до першого матеріалу, що може значно удосконалити бо швидкість отримання і/або об'єм бажаного продукту, що отримують, наприклад, етанолу.These properties make the second material more susceptible to chemical, enzymatic or microbial attack in relation to the first material, which can significantly improve the speed of obtaining and/or the volume of the desired product obtained, for example, ethanol.

Обробка звуком також може забезпечувати стерилізацію матеріалів, але її не треба використовувати доги, поки передбачають, що мікроорганізми повинні бути живі.Sonication can also provide sterilization of materials, but it need not be used by dogs as long as the microorganisms are expected to be alive.

У деяких варіантах здійснення друга середньочислова молекулярна маса (Миг) нижча першої середньочислової молекулярної маси (Ммі) більше ніж приблизно на 10 95, наприклад, на 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 95, 60 95 або навіть більше ніж приблизно 75 95.In some embodiments, the second number average molecular weight (Mw) is lower than the first number average molecular weight (Mw) by more than about 10 95, such as by 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 95, 60 95, or even more than approximately 75 95.

У деяких випадках другий матеріал містить целюлозу, кристалічність (Сг) якої нижча, ніж кристалічність (Сі) целюлози першого матеріалу. Наприклад, (Сг) може бути нижчою (Сі) більше ніж приблизно на 10 95, наприклад, на 15, 20, 25, 30, 35, 40 або навіть більше ніж приблизно на 50 95.In some cases, the second material contains cellulose whose crystallinity (Cg) is lower than the crystallinity (Si) of the cellulose of the first material. For example, (Cg) may be lower than (Ci) by more than about 10 95 , such as by 15, 20, 25, 30, 35, 40, or even more than about 50 95 .

У деяких варіантах здійснення вихідний коефіцієнт кристалічності (до обробки звуком) складає приблизно від 40 приблизно до 87,5 95, наприклад, приблизно від 50 приблизно до 75 95 або приблизно від 60 приблизно до 70 95, а коефіцієнт кристалічності після обробки звуком складає приблизно від 10 приблизно до 50 95, наприклад, приблизно від 15 приблизно до 45 95 або приблизно від 20 приблизно до 40 95. Однак в певних варіантах здійснення, наприклад, після екстенсивної обробки звуком, коефіцієнт кристалічності може складати менше 5 95. У деяких варіантах здійснення матеріал після обробки звуком є по суті аморфним.In some embodiments, the initial crystallinity factor (before sonication) is from about 40 to about 87.5 95, for example, from about 50 to about 75 95 or from about 60 to about 70 95, and the crystallinity factor after sonication is from about 10 to about 50 95, for example, from about 15 to about 45 95 or from about 20 to about 40 95. However, in certain embodiments, such as after extensive sonication, the crystallinity factor may be less than 5 95. In some embodiments, the material after sound processing is essentially amorphous.

У деяких варіантах здійснення вихідна середньочислова молекулярна маса (перед обробкою звуком) складає приблизно від 200000 приблизно до 3200000, наприклад, приблизно від 250000 приблизно до 1000000 або приблизно від 250000 приблизно до 700000, а середньочислова молекулярна маса після обробки звуком складає приблизно від 50000 приблизно до 200000, наприклад, приблизно від 60000 приблизно до 150000 або приблизно від 70000 приблизно до 125000. Однак в деяких варіантах здійснення, наприклад, після екстенсивної обробки звуком, середньочислова молекулярна маса може складати менше ніж приблизно 10000 або навіть менше ніж приблизно 5000.In some embodiments, the starting number average molecular weight (before sonication) is from about 200,000 to about 3,200,000, such as from about 250,000 to about 1,000,000 or from about 250,000 to about 700,000, and the number average molecular weight after sonication is from about 50,000 to about 200,000, such as from about 60,000 to about 150,000 or from about 70,000 to about 125,000. However, in some embodiments, such as after extensive sonication, the number average molecular weight may be less than about 10,000 or even less than about 5,000.

У деяких варіантах здійснення другий матеріал може мати рівень окиснення (Ог), який вище за рівень окиснення (01) першого матеріалу. Більш високий рівень окиснення матеріалу може сприяти його диспергованості, здатності до набухання і/або розчинності, що додатково збільшує сприйнятливість матеріалу до хімічної, ферментативної або мікробної атаки. У деяких варіантах здійснення для підвищення рівня окиснення другого матеріалу по відношенню до першогоIn some embodiments, the second material can have an oxidation level (Og) that is higher than the oxidation level (01) of the first material. A higher level of oxidation of a material can contribute to its dispersibility, swellability, and/or solubility, which further increases the material's susceptibility to chemical, enzymatic, or microbial attack. In some embodiments, the implementation to increase the level of oxidation of the second material in relation to the first

Зо матеріалу обробку звуком виконують в окиснювальному середовищі, і отримують другий матеріал, який окислений більше, ніж перший матеріал. Наприклад, другий матеріал може містити більше гідроксильних груп, альдегідних груп, кетогруп, складноефірних груп або груп карбонових кислот, які можуть підвищувати його гідрофільність.From the material, sound processing is performed in an oxidizing environment, and a second material is obtained, which is more oxidized than the first material. For example, the second material may contain more hydroxyl groups, aldehyde groups, keto groups, ester groups, or carboxylic acid groups that may increase its hydrophilicity.

У деяких варіантах здійснення середовище для обробки звуком являє собою водне середовище. При бажанні, середовище може містити окисник, такий як пероксид (наприклад, пероксид водню), диспергуючий засіб і/або буфер. Приклади диспергуючих засобів включають іонні диспергуючі засоби, наприклад, лаурилсульфат натрію, і неіонні диспергуючі засоби, наприклад, полі(етиленгліколь).In some embodiments, the sonication medium is an aqueous medium. If desired, the medium may contain an oxidant such as a peroxide (eg, hydrogen peroxide), a dispersing agent, and/or a buffer. Examples of dispersing agents include ionic dispersing agents, for example, sodium lauryl sulfate, and nonionic dispersing agents, for example, poly(ethylene glycol).

У інших варіантах здійснення середовище для обробки звуком є неводним. Наприклад, обробку звуком можна виконувати у вуглеводні, наприклад, в толуолі або гептані, простому ефірі, наприклад, діетиловому ефірі або тетрагідрофурані, або навіть в зрідженому газі, такому як агрон, ксенон або азот.In other embodiments, the sound processing medium is non-aqueous. For example, sonication can be performed in a hydrocarbon such as toluene or heptane, an ether such as diethyl ether or tetrahydrofuran, or even a liquefied gas such as argon, xenon or nitrogen.

ПіролізPyrolysis

Одну або декілька послідовностей обробки піролізом можна використовувати для переробки вуглецевмісних матеріалів з широкого спектра різних джерел, щоб добути корисні речовини з матеріалів і щоб надати частково розщеплені матеріали, які виконують функцію вхідної речовини для подальших стадій і/або послідовностей переробки. Вихідні матеріали з більш високими рівнями лігніну, як правило, вимагають більш високої температури, більш тривалого часу впливу і/або введення більш високих рівнів кисню в процесі піролізу.One or more pyrolysis processing sequences can be used to process carbonaceous materials from a wide variety of different sources to extract useful substances from the materials and to provide partially broken down materials that serve as input material for further stages and/or processing sequences. Feedstocks with higher levels of lignin generally require higher temperatures, longer exposure times, and/or the introduction of higher levels of oxygen during the pyrolysis process.

У одному прикладі перший матеріал, який містить целюлозу з першою середньочислової молекулярною масою (Ммі) піддають піролізу, наприклад, за допомогою нагрівання першого матеріалу в трубчастій печі (в присутності або відсутності кисню), щоб надати другий матеріал, який містить целюлозу з другою середньочислової молекулярною масою (Мкг), яка нижча першої середньочислової молекулярної маси. Другий матеріал (або перший і другий матеріал в певних варіантах здійснення) об'єднують з мікроорганізмом (з використанням кислотного або ферментативного гідролізу або без нього), який може використовувати другий і/або перший матеріал для отримання палива, яке являє собою або містить водень, спирт (наприклад, етанол або бутанол, такий як н-, втор- або т-бутанол), органічну кислоту, вуглеводень або будь-які їх суміші.In one example, a first material comprising cellulose having a first number average molecular weight (Mm) is pyrolyzed, for example, by heating the first material in a tube furnace (in the presence or absence of oxygen) to provide a second material comprising cellulose having a second number average molecular weight mass (Mkg), which is lower than the first average molecular weight. The second material (or the first and second materials in certain embodiments) is combined with a microorganism (with or without the use of acid or enzymatic hydrolysis) that can use the second and/or the first material to produce a fuel that is or contains hydrogen, an alcohol (eg, ethanol or butanol, such as n-, sec-, or t-butanol), an organic acid, a hydrocarbon, or any mixture thereof.

Оскільки другий матеріал містить целюлозу із зниженою молекулярною масою по відношенню до першого матеріалу, а також в деяких випадках із зниженою кристалічністю, другий матеріал, як правило, є більш диспергованим, здатним до набухання і/або розчинним в розчині, що містить мікроорганізм, наприклад, в концентрації більше ніж 1092 мікроорганізмів/мл.Since the second material contains cellulose with a reduced molecular weight relative to the first material, and in some cases with reduced crystallinity, the second material is generally more dispersible, swellable and/or soluble in the solution containing the microorganism, e.g. in a concentration of more than 1092 microorganisms/ml.

Ці властивості роблять другий матеріал більш сприйнятливим до хімічної, ферментативної і/або мікробної атаки по відношенню до першого матеріалу, то може значно удосконалити швидкість отримання і/або отримуваний об'єм бажаного продукту, наприклад, етанолу. Піроліз також може стерилізувати перший і другий матеріали.These properties make the second material more susceptible to chemical, enzymatic and/or microbial attack in relation to the first material, which can significantly improve the speed of obtaining and/or the obtained volume of the desired product, for example, ethanol. Pyrolysis can also sterilize the first and second materials.

У деяких варіантах здійснення друга середньочислова молекулярна маса (Мкг) нижча, ніж перша середньочислова молекулярна маса (Ми), більше ніж приблизно на 10 95, наприклад на 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 95, 60 95 або навіть більша ніж приблизно на 75 95.In some embodiments, the second number average molecular weight (Mg) is lower than the first number average molecular weight (My) by more than about 10 95, such as 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 95, 60 95, or even greater than about 75 95.

У деяких випадках другий матеріал містить целюлозу, кристалічність (Сг) якої нижча кристалічності (Сі) целюлози в першому матеріалі. Наприклад, (Сг) може бути нижчою (Сі) більше ніж приблизно на 10 95, наприклад на 15, 20, 25, 30, 35, 40 або навіть більше ніж приблизно на 50 95.In some cases, the second material contains cellulose, the crystallinity (Cg) of which is lower than the crystallinity (Si) of the cellulose in the first material. For example, (Cg) may be lower than (Si) by more than about 10 95 , such as by 15, 20, 25, 30, 35, 40, or even more than about 50 95 .

У деяких варіантах здійснення вихідна кристалічність (перед піролізом) складає приблизно від 40 приблизно до 87,5 95, наприклад, приблизно від 50 приблизно до 75 95 або приблизно від 60 приблизно до 70 95, а коефіцієнт кристалічності після піролізу складає приблизно від 10 приблизно до 50 95, наприклад, приблизно від 15 приблизно до 45 95 або приблизно від 20 приблизно до 40 95. Однак в певних варіантах здійснення, наприклад, після екстенсивного піролізу, коефіцієнт кристалічності може складати менше 5 95. У деяких варіантах здійснення матеріал після піролізу є по суті аморфним.In some embodiments, the initial crystallinity (before pyrolysis) is from about 40 to about 87.5 95, such as from about 50 to about 75 95 or from about 60 to about 70 95, and the crystallinity factor after pyrolysis is from about 10 to about 50 95, for example, from about 15 to about 45 95 or from about 20 to about 40 95. However, in certain embodiments, for example, after extensive pyrolysis, the crystallinity factor may be less than 5 95. In some embodiments, the material after pyrolysis is essentially amorphous.

У деяких варіантах здійснення вихідна середньочислова молекулярна маса (перед піролізом) складає приблизно від 200000 приблизно до 3200000, наприклад, приблизно від 250000 приблизно до 1000000 або приблизно від 250000 приблизно до 700000, і середньочислова молекулярна маса після піролізу складає приблизно від 50000 приблизно до 200000, наприклад, приблизно від 60000 приблизно до 150000 або приблизно від 70000 приблизно до 125000. Однак в деяких варіантах здійснення, наприклад, після екстенсивного піролізу середньочислова молекулярна маса може складати менше ніж приблизно 10000 абоIn some embodiments, the initial number average molecular weight (before pyrolysis) is from about 200,000 to about 3,200,000, such as from about 250,000 to about 1,000,000 or from about 250,000 to about 700,000, and the number average molecular weight after pyrolysis is from about 50,000 to about 200,000, for example, from about 60,000 to about 150,000 or from about 70,000 to about 125,000. However, in some embodiments, for example, after extensive pyrolysis, the number average molecular weight may be less than about 10,000 or

Зо навіть менше ніж приблизно 5000.From even less than about 5000.

У деяких варіантах здійснення другий матеріал може мати рівень окиснення (О2г), який вищий рівня окиснення (01) першого матеріалу. Більш високий рівень окиснення матеріалу може сприяти його диспергованості, здатності до набухання і/або розчинності, що додатково збільшує сприйнятливість матеріалів до хімічної, ферментативної або мікробної атаки. У деяких варіантах здійснення для підвищення рівня окиснення другого матеріалу по відношенню до першого матеріалу піроліз виконують в окиснювальному середовищі і отримують другий матеріал, який окиснений більше, ніж перший матеріал. Наприклад, другий матеріал може містити більше гідроксильних груп, альдегідних груп, кетогруп, складноефірнихх груп або груп карбонових кислот, які можуть збільшувати його гідрофільність.In some embodiments, the second material may have an oxidation level (O2g) that is higher than the oxidation level (01) of the first material. A higher level of oxidation of a material can contribute to its dispersibility, swellability, and/or solubility, which further increases the susceptibility of materials to chemical, enzymatic, or microbial attack. In some embodiments, to increase the level of oxidation of the second material in relation to the first material, pyrolysis is performed in an oxidizing environment and a second material is obtained that is oxidized more than the first material. For example, the second material may contain more hydroxyl groups, aldehyde groups, keto groups, ester groups, or carboxylic acid groups that may increase its hydrophilicity.

У деяких варіантах здійснення піроліз матеріалів відбувається безперервно. У інших варіантах здійснення матеріал піролізують протягом попередньо визначеного часу, і залишають остигати протягом другого попередньо визначеного часу раніше, ніж знов провести піроліз.In some embodiments, pyrolysis of materials occurs continuously. In other embodiments, the material is pyrolyzed for a predetermined time and allowed to cool for a second predetermined time before pyrolyzing again.

ОкисненняOxidation

Одну або декілька послідовностей окиснювальної обробки можна використовувати для переробки вуглецевмісних матеріалів з широкого спектра різних джерел, щоб добути корисні речовини з матеріалів і щоб надати частково розщеплений і/або змінений матеріал, який виконує функцію вхідної речовини для подальших стадій і/або послідовностей переробки.One or more oxidation processing sequences can be used to process carbonaceous materials from a wide variety of different sources to extract useful substances from the materials and to provide partially degraded and/or modified material that serves as input material for further stages and/or processing sequences.

Умови окиснення будуть змінюватися залежно від вмісту лігніну в вихідному матеріалі, при цьому більш високий ступінь окиснення, як правило, переважний для вихідних матеріалів з більш високим вмістом лігніну.Oxidation conditions will vary depending on the lignin content of the feedstock, with a higher degree of oxidation generally being preferred for feedstocks with higher lignin content.

У одному способі перший матеріал, який містить целюлозу з першою середньочислової молекулярною масою (Ммі) і з першим вмістом кисню (0.1), окиснюють, наприклад, за допомогою нагрівання першого матеріалу в потоці повітря або збагаченого киснем повітря, щоб надати другий матеріал, який містить целюлозу з другою середиьочислової молекулярною масою (Мкг) і з другим вмістом кисню (Ог), що перевищує перший вміст кисню (СО).In one method, a first material comprising cellulose having a first number average molecular weight (Mmi) and having a first oxygen content (0.1) is oxidized, for example, by heating the first material in a stream of air or oxygen-enriched air to provide a second material comprising cellulose with a second average molecular weight (Mkg) and with a second oxygen content (Og) that exceeds the first oxygen content (СО).

Такі матеріали також можна комбінувати з твердою речовиною і/або рідиною. Рідина і/або тверда речовина може містити мікроорганізм, наприклад, бактерію, і/або фермент. Наприклад, бактерія і/або фермент може діяти на целюлозний або лігноцелюлозний матеріал для отримання палива, такого як етанол, або побічного продукту, такого як білок. Види палива і 60 побічні продукти описані в "/ІВВОШСВ МАТЕВІАЇ 5 АМО СОМРОБІТЕ5", О55М 11/453951, яка подана 15 червня 2006 року. Повний зміст кожної з вказаних вище заявок включений в цей документ як посилання.Such materials can also be combined with a solid and/or liquid. The liquid and/or solid may contain a microorganism, such as a bacterium, and/or an enzyme. For example, a bacterium and/or an enzyme can act on cellulosic or lignocellulosic material to produce a fuel such as ethanol or a byproduct such as protein. Fuel types and 60 by-products are described in "/IVVOSHSV MATEVIAI 5 AMO SOMROBITE5", О55М 11/453951, which was submitted on June 15, 2006. The entire content of each of the above applications is incorporated herein by reference.

У деяких варіантах здійснення друга середньочислова молекулярна маса не більше ніж на 97 ую5 нижча першої середньочислової молекулярної маси, наприклад, не більше ніж на 95 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 30, 20, 12,5, 10,0, 7,5, 5,0, 4,0, 3,0, 2,5, 2,0 або не більше ніж на 1,095 нижча першої середньочислової молекулярної маси. Кількість зниження молекулярної маси буде залежати від застосування. Наприклад, в деяких переважних варіантах здійснення, які передбачають композити, друга середньочислова молекулярна маса по суті дорівнює першій середньочисловій молекулярній масі. У інших застосуваннях, таких як отримання етанолу або іншого палива або побічного продукту, як правило, переважною є більш висока кількість зниження молекулярної маси.In some embodiments, the second number average molecular weight is no more than 97 uy5 lower than the first number average molecular weight, for example, no more than 95 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40 , 30, 20, 12.5, 10.0, 7.5, 5.0, 4.0, 3.0, 2.5, 2.0 or not more than 1.095 lower than the first number average molecular weight. The amount of molecular weight reduction will depend on the application. For example, in some preferred embodiments involving composites, the second number average molecular weight is substantially equal to the first number average molecular weight. In other applications, such as the production of ethanol or other fuel or by-product, a higher amount of molecular weight reduction is generally preferred.

У деяких варіантах здійснення, в яких матеріали використовують для отримання палива або. побічного продукту, вихідна середньочислова молекулярна маса (перед окисненням) складає приблизно від 200000 приблизно до 3200000, наприклад, приблизно від 250000 приблизно до 1000000 або приблизно від 250000 приблизно до 700000, а середньочислова молекулярна маса після окиснення складає приблизно від 50000 приблизно до 200000, наприклад, приблизно від 60000 приблизно до 150000 або приблизно від 70000 приблизно до 125000. Однак в деяких варіантах здійснення, наприклад, після екстенсивного окиснення, середньочислова молекулярна маса може складати менше ніж приблизно 10000 або навіть менше ніж приблизно 5000.In some embodiments, in which the materials are used to obtain fuel or. of the byproduct, the starting number average molecular weight (before oxidation) is from about 200,000 to about 3,200,000, e.g., from about 250,000 to about 1,000,000 or from about 250,000 to about 700,000, and the number average molecular weight after oxidation is from about 50,000 to about 200,000, e.g. , from about 60,000 to about 150,000 or from about 70,000 to about 125,000. However, in some embodiments, such as after extensive oxidation, the number average molecular weight may be less than about 10,000 or even less than about 5,000.

У деяких варіантах здійснення другий вміст кисню складає щонайменше приблизно на 5 95 вищий першого вмісту кисню, наприклад, на 7,5 95 вищий, 10,0 95 вищий, 12,5 95 вищий, 15,0 95 вищий або 17,595 вищий. У деяких переважних варіантах здійснення другий вміст кисню щонайменше приблизно на 20,0 95 вищий першого вмісту кисню першого матеріалу. Вміст кисню вимірюють за допомогою елементарного аналізу, піддаючи піролізу зразок в печі при 1300 "С або вище. Прийнятним елементарним аналізатором є аналізатор ГЕСО СНМ5-932 з піччю для високотемпературного піролізу МТЕ-900.In some embodiments, the second oxygen content is at least about 5 95 higher than the first oxygen content, for example, 7.5 95 higher, 10.0 95 higher, 12.5 95 higher, 15.0 95 higher, or 17.595 higher. In some preferred embodiments, the second oxygen content is at least about 20.0 95 higher than the first oxygen content of the first material. The oxygen content is measured using an elemental analysis, subjecting the sample to pyrolysis in a furnace at 1300 "C or higher. An acceptable elemental analyzer is the GESO SNM5-932 analyzer with a MTE-900 high-temperature pyrolysis furnace.

Як правило, окиснення матеріалу відбувається в окиснювальному середовищі. Наприклад, окиснення можна викликати або сприяти йому за допомогою піролізу в окиснювальномуAs a rule, oxidation of the material occurs in an oxidizing environment. For example, oxidation can be induced or facilitated by pyrolysis in an oxidizing medium

Зо середовищі, наприклад, в повітрі або збагаченому аргоном повітрі. Щоб сприяти окисненню, в матеріал перед окисненням або під час нього можна додавати різні хімічні засоби, такі як окисники, кислоти або основи. Наприклад, перед окисненням можна додавати пероксид (наприклад, бензоїлпероксид).From the environment, for example, in air or argon-enriched air. Various chemicals, such as oxidizing agents, acids, or bases, can be added to the material before or during oxidation to promote oxidation. For example, a peroxide (for example, benzoyl peroxide) can be added before oxidation.

У деяких окислювальних способах зниження непіддатливості вихідного матеріалу, який отримують з біомаси, використовують реакції Фентона. Такі способи розкриті, наприклад, в попередній заявці США Мо 61/139473, яка подана 19 грудня 2008 року, повне розкриття якої включене в цей документ як посилання.Fenton reactions are used in some oxidative methods of reducing the refractoriness of the raw material obtained from biomass. Such methods are disclosed, for example, in US prior application Mo. 61/139473, filed Dec. 19, 2008, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

Зразкові окисники включають пероксиди, такі як пероксид водню і бензоїлпероксид, персульфати, такі як персульфат амонію, активні форми кисню, такі як озон, перманганати, такий як перманганат калію, перхлорати, такий як перхлорат натрію, і гіпохлорити, такі як гіпохлорит натрію (господарський відбілювач).Exemplary oxidants include peroxides such as hydrogen peroxide and benzoyl peroxide, persulfates such as ammonium persulfate, reactive oxygen species such as ozone, permanganates such as potassium permanganate, perchlorates such as sodium perchlorate, and hypochlorites such as sodium hypochlorite (commercial bleach).

У деяких ситуаціях, рН підтримують таким, який дорівнює або нижчий ніж приблизно 5.,5 під час контакту, наприклад, між 1 і 5, між 2 і 5, між 2,5 і 5 або між приблизно З і 5. Умови також можуть включати період контакту між 2 і 12 годинами, наприклад, між 4 і 10 годинами або між 5 і 8 годинами. У деяких випадках, умови включають температуру, яка не перевищує 300 "С, наприклад, не перевищує 250, 200, 150, 100 або 50 С. У конкретних бажаних випадках, температура залишається по суті рівною температурі навколишнього середовища, наприклад, яка дорівнює або приблизно дорівнює 20-25 "6.In some situations, the pH is maintained at or below about 5.5 during contact, for example, between 1 and 5, between 2 and 5, between 2.5 and 5, or between about 3 and 5. Conditions may also include a contact period between 2 and 12 hours, for example, between 4 and 10 hours or between 5 and 8 hours. In some cases, the conditions include a temperature that does not exceed 300 "C, for example, does not exceed 250, 200, 150, 100 or 50 C. In particular preferred cases, the temperature remains essentially equal to the ambient temperature, for example, which is equal to or about is equal to 20-25 "6.

У деяких переважних варіантах здійснення один або декілька окисників застосовують до першого целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу і одна або декілька сполук у вигляді газу, наприклад, за допомогою генерації озону іп зйш опроміненням першого целюлозного або лігноцелюлозиого матеріалу і однієї або декількох сполук через повітря з використанням пучка частинок, таких як електрони.In some preferred embodiments, one or more oxidants are applied to the first cellulosic or lignocellulosic material and one or more compounds in the form of a gas, for example, by generating ozone by irradiating the first cellulosic or lignocellulosic material and one or more compounds through air using a particle beam , such as electrons.

У конкретних переважних варіантах здійснення перший целюлозний або лігноцелюлозний матеріал спочатку диспергують у воді або водному середовищі, яке містить одну або декілька сполук, диспергованих і/або розчинених в ньому, воду видаляють після часу набухання (наприклад, непов'язану або вільну воду видаляють фільтруванням), і потім один або декілька окисників застосовують до комбінації у вигляді газу, наприклад, за допомогою генерації озону іп 5йш опроміненням першого целюлозного або лігноцелюлозного і однієї або декількох сполук 60 через повітря з використанням пучка частинок, таких як електрони (наприклад, які прискорюють за допомогою різниці потенціалів між З МеВ і 10 МеВ). Набухання може розкрити внутрішні частини для окиснення.In specific preferred embodiments, the first cellulosic or lignocellulosic material is first dispersed in water or an aqueous medium containing one or more compounds dispersed and/or dissolved therein, the water is removed after a swelling time (eg, unbound or free water is removed by filtration) , and then one or more oxidants are applied to the combination in the form of a gas, for example, with the help of ozone generation ip 5ysh irradiation of the first cellulosic or lignocellulosic and one or more compounds 60 through air using a beam of particles such as electrons (for example, which are accelerated by potential difference between 3 MeV and 10 MeV). Swelling can expose internal parts to oxidation.

У деяких варіантах здійснення суміш містить одну або декілька сполук і один або декілька окисників, і мольне відношення однієї або декількох сполук до одного або декількох окисників складає приблизно від 1:1000 приблизно до 1:25, наприклад, приблизно від 1:500 приблизно до 1:25 або приблизно від 1:100 приблизно до 1:25.In some embodiments, the mixture comprises one or more compounds and one or more oxidants, and the molar ratio of the one or more compounds to the one or more oxidants is from about 1:1000 to about 1:25, such as from about 1:500 to about 1 :25 or about 1:100 to about 1:25.

У деяких бажаних варіантах здійснення суміш додатково містить один або декілька гідрохінонів, таких як 2,5-диметоксигідрохінон (ДМГХ) і/або один або декілька бензохінонів, таких як 2,5-диметокси-1,4-бензохінон (ДМБХ), які можуть сприяти реакціям з перенесенням електронів.In some preferred embodiments, the mixture additionally contains one or more hydroquinones, such as 2,5-dimethoxyhydroquinone (DMHC) and/or one or more benzoquinones, such as 2,5-dimethoxy-1,4-benzoquinone (DMBH), which can promote electron transfer reactions.

У деяких бажаних варіантах здійснення один або декілька окисників генерують електрохімічним способом іп 5. Наприклад, пероксид водню і/або озон можна отримати електрохімічним способом всередині контактної або реакційної посудини.In some preferred embodiments, one or more oxidants are generated electrochemically ip 5. For example, hydrogen peroxide and/or ozone can be obtained electrochemically inside a contact or reaction vessel.

Інші процеси для підвищення розчинності, пониження непіддатливості або функціоналізаціїOther processes to increase solubility, decrease refractoriness or functionalization

Будь-які процеси з цього параграфа можна використовувати окремо від будь-яких процесів, описаних в цьому документі або в поєднанні з будь-якими процесами, описаними в цьому документі (в будь-якому порядку): паровий вибух, обробка кислотою (включаючи обробку концентрованою або розведеною кислотою з використанням неорганічних кислот, таких як сірчана кислота, соляна кислота, і органічних кислот, таких як трифтороцтова кислота), обробка основою (наприклад, обробка вапном або гідроксидом натрію), обробка УФ, обробка шнековим екструдером (див., наприклад, патентну заявку США з серійним Мо 61/073530, яка подана 18 листопада 2008 року, обробка розчинником (наприклад, обробка іонними рідинами) і низькотемпературне розмелювання (див., наприклад, патентну заявку США з серійним Мо 61/081709).Any of the processes in this paragraph may be used separately from any of the processes described in this document or in combination with any of the processes described in this document (in any order): steam explosion, acid treatment (including concentrated or dilute acid using inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid and organic acids such as trifluoroacetic acid), base treatment (e.g. lime or sodium hydroxide treatment), UV treatment, screw extruder treatment (see e.g. US Patent Application Serial No. Mo 61/073530, filed November 18, 2008, solvent processing (eg, ionic liquid processing) and low temperature milling (see, e.g., US Patent Application Serial No. Mo 61/081709).

Процес термохімічного перетворення включає зміну молекулярних структур вуглецевмісного матеріалу при підвищених температурах. Конкретні приклади включають газоутворення, піроліз, риформінг, часткове окиснення і їх суміші (в будь-якому порядку).The process of thermochemical transformation involves changing the molecular structures of carbon-containing material at elevated temperatures. Specific examples include gasification, pyrolysis, reforming, partial oxidation, and mixtures thereof (in any order).

Газоутворенням перетворюють вуглецевмісні матеріали в синтез-газ (синтетичний газ), який може містити метанол, монооксид вуглецю, діоксид вуглецю і водень. Багато які мікроорганізми,Gasification converts carbonaceous materials into synthesis gas (synthetic gas), which can contain methanol, carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen. Many microorganisms

Зо такі як ацетогени або гомоацетогени, здатні використовувати синтетичний газ з термохімічного перетворення біомаси для отримання продукту, який містить спирт, карбонову кислоту, сіль карбонової кислоти, складний ефір карбонової кислоти або суміш будь-яких цих речовин.Such as acetogens or homoacetogens are capable of using syngas from the thermochemical conversion of biomass to obtain a product that contains an alcohol, a carboxylic acid, a carboxylic acid salt, a carboxylic acid ester, or a mixture of any of these substances.

Газоутворення в біомасі (наприклад, целюлозних або лігноцелюлозних матеріалах) можна виконувати різними способами. Наприклад, газоутворення можна виконати, використовуючи поетапний паровий риформінг з використанням реактора з псевдозрідженим шаром, в якому вуглецевий матеріал спочатку піролізують за відсутності кисню, а потім пари піролізу риформують в синтез-газ з використанням пари, який надає додатковий водень і кисень. У такому способі технологічне тепло надходить від вугілля, що горить. У іншому способі використовують реактор з шнековим бурому, в який вологу (і кисень) вводять на етапі піролізу, а технологічне тепло утвориться при згорянні деякої частини газу, отриманого на останньому етапі. У іншому способі використовують риформінг з газифікацією в потоку, в якому як зовнішня пара, так і повітря вводять в одноетапному газоутворювальному реакторі, У частковому окиснювальному газоутворенні чистий кисень використовують без пари.Gasification in biomass (for example, cellulosic or lignocellulosic materials) can be performed in various ways. For example, gasification can be accomplished using staged steam reforming using a fluidized bed reactor in which the carbonaceous material is first pyrolyzed in the absence of oxygen and then the pyrolysis vapor is reformed into synthesis gas using steam that provides additional hydrogen and oxygen. In this method, the process heat comes from burning coal. In another method, a reactor with a screw drill is used, in which moisture (and oxygen) is introduced at the stage of pyrolysis, and the process heat is generated by the combustion of some part of the gas obtained at the last stage. In another method, reforming with gasification in the flow is used, in which both external steam and air are introduced in a single-stage gas-forming reactor. In partial oxidation gasification, pure oxygen is used without steam.

ОТРИМАННЯ ПАЛИВА, КИСЛОТ, СКЛАДНИХ ЕФІРІВ І/АБО ІНШИХ ПРОДУКТІВRECEIVING FUEL, ACIDS, COMPOSITE ESTERS AND/OR OTHER PRODUCTS

Типові ресурси, які отримуються з біомаси, містять целюлозу, геміцелюлозу і лігнін, а також в менших кількостях білки, екстраговані речовини і мінерали. Після виконання однієї або декількох стадій переробки біомаси, розглянутих вище, складні вуглеводи, що містяться в фракціях целюлози і геміцелюлози, можна переробити в зброджувані цукри, необов'язково нарівні з кислотним або ферментативним гідролізом. Вивільнені цукри можна перетворити в різні продукти, такі як спирти або органічні кислоти. Отриманий продукт залежить від використовуваного мікроорганізму і умов, в яких проводять біологічну переробку.Typical biomass-derived resources include cellulose, hemicellulose, and lignin, as well as, to a lesser extent, proteins, extractables, and minerals. After performing one or more stages of biomass processing, discussed above, the complex carbohydrates contained in the cellulose and hemicellulose fractions can be processed into fermentable sugars, not necessarily along with acid or enzymatic hydrolysis. The released sugars can be converted into various products such as alcohols or organic acids. The resulting product depends on the microorganism used and the conditions under which biological processing is carried out.

Таким чином, матеріал з біомаси можна обробити для зниження його непіддатливості, використовуючи будь-який один або декілька способів обробки, описаних в цьому документі, наприклад, з використанням одного або декількох з випромінювання, обробки звуком, піролізу, окислення і парового вибуху, і потім щонайменше частину обробленої таким чином біомаси можна перетворити з використанням мікроорганізму для отримання продукту, який містить одне або дещо зі спирту, карбонової кислоти, солі карбонової кислоти, складного ефіру карбонової кислоти або суміш будь-яких цих речовин. Потім цей продукт можна ацидифікувати, етерифікувати і/або гідрогенувати, для отримання кінцевого продукту, наприклад, етанолу. У 60 деяких випадках для підвищення ефективності перетворення можна використовувати ацетогени або гомоацетогени, які здатні використовувати синтетичний газ з процесу термохімічного перетворення.Thus, the biomass material can be treated to reduce its refractoriness using any one or more of the treatment methods described herein, for example, using one or more of radiation, sonication, pyrolysis, oxidation, and steam explosion, and then at least part of the biomass treated in this way can be converted using a microorganism to obtain a product that contains one or more of an alcohol, a carboxylic acid, a carboxylic acid salt, a carboxylic acid ester, or a mixture of any of these substances. This product can then be acidified, esterified and/or hydrogenated to give the final product, for example ethanol. 60 In some cases, acetogens or homoacetogens, which are able to use syngas from the thermochemical conversion process, can be used to increase conversion efficiency.

Як правило, групи карбонових кислот в цих продуктах знижують рН ферментаційного розчину, який має тенденцію до інгібуванню ферментації з використанням деяких мікроорганізмів, таких як Ріспіа 5іїріїїз. Таким чином, в деяких випадках бажано додавати основу і/або буфер перед ферментацією або під час неї, щоб підняти рН розчину. Наприклад, гідроксид натрію або вапно можна додати в ферментаційне середовище, щоб підняти рН середовища до діапазону, який оптимальний для використовуваного мікроорганізму.Typically, the carboxylic acid groups in these products lower the pH of the fermentation solution, which tends to inhibit fermentation using some microorganisms such as Rispia spp. Thus, in some cases it is desirable to add base and/or buffer before or during fermentation to raise the pH of the solution. For example, sodium hydroxide or lime can be added to the fermentation medium to raise the pH of the medium to a range that is optimal for the microorganism being used.

Прийнятні способи біологічної переробки розкриті, наприклад, в попередній заявці США Мо 61/147377, яка подана 26 січня 2009 року, повне розкриття якої включене в цей документ як посилання.Acceptable methods of biological processing are disclosed, for example, in the prior application of US Mo 61/147377, which was filed on January 26, 2009, the full disclosure of which is incorporated herein by reference.

Як правило, різні мікроорганізми можуть продукувати множину корисних продуктів, таких як паливо, за допомогою впливу, наприклад, ферментації оброблених вуглецевмісних матеріалів.Generally, different microorganisms can produce a variety of useful products, such as fuel, by means of exposure to, for example, fermentation of processed carbonaceous materials.

Мікроорганізм може являти собою природний мікроорганізм або штучно створений мікроорганізм. Наприклад, мікроорганізм може являти собою бактерію, наприклад, целюлолітичну бактерію, гриб, наприклад, дріжджі, рослини або найпростіші, наприклад, водорості, протозойні або грибоподібні найпростіші, наприклад, міксоміцет. При сумісності організмів можна використовувати суміші організмів. Мікроорганізм може являти собою аеробний або анаеробний організм. Мікроорганізм може являти собою гомоферментативний мікроорганізм (продукує один або по суті один кінцевий продукт). Мікроорганізм може являти собою гомоацетогенний мікроорганізм, гомомолочний мікроорганізм, пропіоновокилу бактерію, маслянокислу бактерію, янтарнокислу бактерію або З-гідроксипропіоновокислу бактерію.A microorganism can be a natural microorganism or an artificially created microorganism. For example, the microorganism can be a bacterium, for example, a cellulolytic bacterium, a fungus, for example, a yeast, a plant, or a protozoan, for example, an algae, a protozoan, or a fungus-like protozoan, for example, a myxomycete. If organisms are compatible, mixtures of organisms can be used. A microorganism can be an aerobic or anaerobic organism. A microorganism can be a homofermentative microorganism (produces one or essentially one final product). The microorganism can be a homoacetogenic microorganism, a homolactic microorganism, a propionic acid bacterium, a butyric acid bacterium, a succinic acid bacterium, or a 3-hydroxypropionic acid bacterium.

Мікроорганізм може належати до роду, вибраного з групи Сіовігідійт, І асіобасійив5, МоогеїПа,The microorganism can belong to a genus selected from the group Ciovigidiit, I asiobasiiiv5, MoogeiPa,

Тпептоапаєгобрасіє!, Ргоргіопірасієгцт, Ргоріопізрега, АпаегобріозрійПШт і Васієгіоде5. У конкретних випадках мікроорганізм може являти собою Сіовзігідійт гоптісоасеїйсит, СіозійаітTpeptoapayegobrasie!, Rgorgiopirasiegct, Rgoriopisrega, ApaegobryozriiPSht and Vasiegiode5. In specific cases, the microorganism can be Siovzygidiit hoptisoaseiisit, Sioziyait

Бшїугсцт, МоогеМНйа Шептоасеїїса, Тпептоапаєгорасієї Кімиії, І асіобасійив5 аеїБгикії,Bshiugsst, MoogeMNya Sheptoaseiiisa, Tpeptoapaehorasiei Kimiiii, I asiobasiiiv5 aeiBgykiii,

Ргоріопірасієтгішт асідіргоріопісі, Ргоріопізрега агброгі5, АпаегобіозрійШт 5иссіпісргодисепв,Rgoriopirasietgisht asidirgoriopisi, Rgoriopisrega agbrogi5, ApaegobiozriySht 5issipisrhodisepv,

Васієйодез атуорнійз або Васієподе5 гитіпісоїа. Наприклад, мікроорганізм, що використовується може являти собою рекомбінантний мікроорганізм, сконструйований дляVasieiodez atuorniyz or Vasiepode5 hytipisoia. For example, the microorganism used may be a recombinant microorganism designed for

Зо отримання бажаного продукту, такого як рекомбінантна ЕзвспПегіспіа соїї, трансформована з використанням одного або декількох генів, здатних кодувати білки, які керують утворенням бажаного продукту (див., наприклад, патент США Мо 6852517, який виданий 8 лютого 2005 року).To obtain a desired product, such as recombinant EzvspPegispia soybeans, transformed using one or more genes capable of encoding proteins that direct the formation of the desired product (see, for example, US Pat. No. 6,852,517, issued February 8, 2005).

Бактерії, які ферментують біомасу в етанол і інші продукти, включають, наприклад, 7утотопа5 торбіїв і Сіовігдійт Шептосеїййт (РНійїррідіх, 1996, вище). Іевспіпе еї аї. (Іптетаїіопа! УуЧоштаї ої Зузіетаїййс апа ЕмоїІшіопагу Містобіоїоду 2002, 52, 1155-1160) виділені анаеробні, мезофільні, целюлолітичні бактерії з лісового грунту, Сіовігідіит рпуїюїептепіапз 5р. поу., які перетворюють целюлозу в етанол.Bacteria that ferment biomass into ethanol and other products include, for example, 7utotope5 thorbium and Siovigdiite Sheptoseiyit (Riyirridich, 1996, supra). Ievspipe ei ai. (Iptetaiiopa! UuChoshtai oi Zuzietaiiis apa EmoiIshiopagu Mistobiiodu 2002, 52, 1155-1160) selected anaerobic, mesophilic, cellulolytic bacteria from the forest soil, Siovigidiit rpuiyuieeptepiapz 5r. pou., which convert cellulose into ethanol.

Ферментацію біомаси в етанол і інші продукти можна здійснювати з використанням певних типів термофільних або генно-інженерних мікроорганізмів, наприклад, види ТПпептоапаеєгобасієг, включаючи Т. таїнНгапії, і види дріжджів, такі як види Ріспіа. Прикладом штаму Т. таїНгапії єFermentation of biomass to ethanol and other products can be carried out using certain types of thermophilic or genetically engineered microorganisms, for example TPpeptoapaegobasieg species, including T. tainNgapii, and yeast species, such as Rispia species. An example of a strain of T. taiNgapiya is

АЗМ4, який описаний авторами боппе-Напзеп єї аї. (Арріїєй Містобіоїоду апа ВіоїеснпоЇоду 1993, 38, 537-541) або Анігіпа єї а!. (Агсн. Містобіо!. 1997, 168, 114-119).AZM4, which is described by the authors of Boppe-Napzep Yei Ai. (Arriiei Mistobiiodu apa Vioiesnpoiodu 1993, 38, 537-541) or Anigipa eyi a!. (Agsn. Mystobio!. 1997, 168, 114-119).

Щоб сприяти руйнуванню матеріалів, які містять целюлозу, (оброблених будь-яким способом, описаним в цьому документі або навіть необроблених), можна використовувати один або декілька ферментів, наприклад, целюлолітичний фермент. У деяких варіантах здійснення матеріали, які містять целюлозу, спочатку обробляють ферментом, наприклад, за допомогою об'єднання матеріалу і ферменту у водному розчині. Потім цей матеріал можна об'єднати з будь-яким мікроорганізмом, описаним в цьому документі. У інших варіантах здійснення матеріали, які містять целюлозу, один або декілька ферментів і мікроорганізм об'єднують одночасно, наприклад, за допомогою об'єднання у водному розчині.One or more enzymes, such as a cellulolytic enzyme, can be used to aid in the degradation of cellulose-containing materials (treated in any manner described herein or even untreated). In some embodiments, materials that contain cellulose are first treated with an enzyme, for example, by combining the material and the enzyme in an aqueous solution. This material can then be combined with any microorganism described herein. In other embodiments, materials containing cellulose, one or more enzymes, and a microorganism are combined simultaneously, for example, by combining in an aqueous solution.

Як правило, ферментацію проводять у водне середовище для вирощування, яке може містити джерело азоту або інше джерело поживних речовин, наприклад, сечовину, нарівні з вітамінами і мікроелементами і металами. Як правило, переважно, щоб середовище для вирощування було стерильне або щонайменше мало мале мікробне навантаження, наприклад, малу кількістю бактерій. Стерилізацію середовища для вирощування можна виконати будь-яким бажаним способом. Однак в переважних реалізаціях стерилізацію виконують опроміненням середовища для вирощування або окремих компонентів середовища для вирощування перед змішуванням. Щоб мінімізувати споживання енергії і підсумкову вартість, дозування 60 випромінювання, як правило, має мінімальне можливе значення, яке при цьому дозволяє отримувати достатні результати. Наприклад, в багатьох випадках саме середовище для вирощування або компоненти середовища для вирощування можна обробити дозою випромінювання менше ніж 5 Мрад, наприклад менше ніж 4, 3, 2 або 1 Мрад. У конкретних випадках середовище для вирощування обробляють дозою між приблизно 1 і З Мрад.As a rule, fermentation is carried out in an aqueous growing medium, which may contain a source of nitrogen or another source of nutrients, for example, urea, along with vitamins and trace elements and metals. As a rule, it is preferable that the growing medium is sterile or at least has a low microbial load, for example, a small number of bacteria. Sterilization of the growing medium can be done in any desired way. However, in preferred implementations, sterilization is performed by irradiating the culture medium or individual components of the culture medium before mixing. In order to minimize energy consumption and the final cost, the dose of 60 radiation, as a rule, has the minimum possible value, which at the same time allows obtaining sufficient results. For example, in many cases, the culture medium itself or components of the culture medium can be treated with a radiation dose of less than 5 Mrad, such as less than 4, 3, 2, or 1 Mrad. In specific cases, the growing medium is treated with a dose between approximately 1 and 3 Mrad.

Описана велика кількість варіантів здійснення. Проте зрозуміло, що можна виконувати різні модифікації, не відступаючи від суті і об'єму розкриття.A large number of implementation options are described. However, it is clear that various modifications can be made without departing from the essence and scope of the disclosure.

Незважаючи на те, що можна виконувати всі процеси, описані в цьому документі, в одному фізичному місцеположенні, в деяких варіантах здійснення процеси виконують в декількох місцях і/або можуть виконувати під час транспортування.Although it is possible to perform all of the processes described herein in one physical location, in some embodiments, the processes are performed in multiple locations and/or may be performed during transportation.

Лігнін, вивільнений в будь-якому процесі, описаному в цьому документі, можна зібрати і використати. Наприклад, коли лігнін виділили, його можна використовувати як пластмасу, або він можна синтетичним шляхом удосконалити до інших пластмас. У деяких разах його можна використовувати як джерело енергії, наприклад, спалювати для надання тепла. У деяких разах його також можна перетворити в лігносульфонати, які можна використовувати як зв'язуючі засоби, дисперсанти, емульсифікатори або як секвестранти. Вимірювання вмісту лігніну у початковому вихідному матеріалі можна використовувати в керуванні процесом в таких процесах збору лігніну.Lignin released in any of the processes described herein can be collected and used. For example, once lignin has been isolated, it can be used as a plastic, or it can be synthetically improved into other plastics. In some cases, it can be used as an energy source, for example, burned to provide heat. In some cases, it can also be converted into lignosulfonates, which can be used as binders, dispersants, emulsifiers or as sequestrants. Measurement of the lignin content of the initial feedstock can be used in process control in such lignin harvesting processes.

При використанні як зв'язуючого засобу лігнін або лігносульфонат можна використовувати, наприклад, у вугільних брикетах, в кераміці, для зв'язування технічного вуглецю, для зв'язування добрив і гербіцидів, як приглушувач пилеутворення, в отриманні фанери і деревностружкових плит, для зв'язування тваринних кормів, як зв'язуючий засіб для скловолокна, як зв'язуючий засіб в лінолеумній пасті і як стабілізатор грунту.When used as a binding agent, lignin or lignosulfonate can be used, for example, in coal briquettes, in ceramics, for binding technical carbon, for binding fertilizers and herbicides, as a dust suppressor, in the production of plywood and chipboards, for binding binding of animal feed, as a binder for fiberglass, as a binder in linoleum paste and as a soil stabilizer.

Як дисперсант лігнін або лігносульфонати можна використовувати, наприклад, в бетонних сумішах, глині і кераміці, барвниках і пігментах, дубленні шкіри і в гіпсових панелях.As a dispersant, lignin or lignosulfonates can be used, for example, in concrete mixes, clay and ceramics, dyes and pigments, leather tanning and plasterboards.

Як емульсифікатор лігнін або лігносульфонати можна використовувати, наприклад, в асфальті, пігментах і барвниках, пестицидах і парафінових емульсіях.As an emulsifier, lignin or lignosulfonates can be used, for example, in asphalt, pigments and dyes, pesticides and paraffin emulsions.

Як секвестрант лігнін або лігносульфонати можна використовувати, наприклад, в міконутрієнтних системах, чистильних сполуках і системах обробки води, наприклад, для систем котлів і систем охолоджування.As a sequestrant, lignin or lignosulfonates can be used, for example, in micronutrient systems, cleaning compounds and water treatment systems, for example for boiler systems and cooling systems.

Загалом, як джерело тепла лігнін має більш високий енерговміст, ніж голоцелюлоза (целюлоза і геміцелюлоза), оскільки він містить більше вуглецю, ніж гомоцелюлоза. Наприклад, енерговміст сухого лігніну може становити приблизно 11000-12500 британських теплових одиниць на фунт в порівнянні з 7000-8000 британських теплових одиниць на фунт голоцелюлоза. По суті, можна підвищувати густину лігніну і перетворювати його в брикети і гранули для спалювання. Наприклад, лігнін можна перетворювати в гранули будь-яким способом, описаним в цьому документі. Для сповільнення горіння гранули або брикету в лігніні можна створити поперечні зв'язки, наприклад, застосовуючи дозу випромінювання між приблизно 0,5 Мрад і 5 Мрад. Створення поперечних зв'язків дозволяє отримати форм-фактор, який більш повільно горить. Формфактор, такий як гранули або брикет, можна перетворити в "синтетичне вугілля" або деревне вугілля за допомогою піролізу за відсутності повітря, наприклад, при температурі між 400 ї 950 "С. Перед піролізом бажано створити поперечні зв'язки в лігніну для збереження структурної цілісності.In general, as a heat source, lignin has a higher energy content than holocellulose (cellulose and hemicellulose) because it contains more carbon than homocellulose. For example, the energy content of dry lignin can be approximately 11,000-12,500 British thermal units per pound compared to 7,000-8,000 British thermal units per pound of holocellulose. In fact, it is possible to increase the density of lignin and turn it into briquettes and pellets for burning. For example, lignin can be converted into pellets by any of the methods described herein. To slow the burning of the pellet or briquette in the lignin, cross-links can be created, for example, by applying a radiation dose between about 0.5 Mrad and 5 Mrad. Creating cross-links allows you to get a form factor that burns more slowly. A form factor such as pellets or briquettes can be converted into "synthetic coal" or charcoal by pyrolysis in the absence of air, for example at temperatures between 400 and 950 °C. It is desirable to cross-link the lignin prior to pyrolysis to maintain structural integrity .

Таким чином, інші варіанти здійснення входять в об'єм формули винаходу.Thus, other variants of implementation are included in the scope of the claims.

Claims (6)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУFORMULA OF THE INVENTION 1. Спосіб одержання оцукреного матеріалу, що отримують з біомаси, який включає стадії, на яких: (а) забезпечують целюлозний або лігноцелюлозний вихідний матеріал, що отримують з біомаси; (5) оцукрюють вихідний матеріал, що отримують з біомаси, що полягає в тому, що: розділяють вихідний матеріал, що отримують з біомаси, на дві частини, і потім (|) для першої частини вихідного матеріалу, опромінюють першу частину в окисному середовищі за допомогою від 0,1 Мрад до 5,0 Мрад іонізуючого випромінювання на 1 мас. 95 лігніну у вихідному матеріалі, що отримують з біомаси, якого достатньо для утворення бічних груп карбонових кислот на лігноцелюлозному матеріалі, забезпечуючи таким чином опромінену першу частину, що містить вихідний матеріал, що отримують з біомаси, зі зменшеним рівнем непіддатливості; (ї) оцукрюють опромінену першу частину в умовах і протягом часу, достатніх для цього, де біомаса зі зменшеним рівнем непіддатливості забезпечує підвищений рівень оцукрювання в бо порівнянні з рівнем оцукрювання вихідного неопроміненого матеріалу;1. The method of obtaining sugared material obtained from biomass, which includes stages in which: (a) provide cellulosic or lignocellulosic starting material obtained from biomass; (5) saccharify the biomass source material, which consists in: dividing the biomass source material into two parts, and then (|) for the first part of the source material, irradiate the first part in an oxidizing medium by using from 0.1 Mrad to 5.0 Mrad of ionizing radiation per 1 mass. 95 lignin in the biomass feedstock that is sufficient to form carboxylic acid side groups on the lignocellulosic material, thereby providing an irradiated first portion containing the biomass feedstock with a reduced level of refractoriness; (i) saccharify the irradiated first part under conditions and during a time sufficient for this, where the biomass with a reduced level of incompatibility provides an increased level of saccharification compared to the level of saccharification of the original non-irradiated material; (ії) для другої частини вихідного матеріалу, опромінюють другу частину в окисному середовищі іонізуючим випромінюванням в кількості, достатній для утворення бічних груп карбонових кислот на лігноцелюлозному матеріалі, забезпечуючи таким чином опромінену другу частину, що містить біомасу зі зменшеним рівнем непіддатливості, де кількість випромінювання при опроміненні другої частини становить від 0,1 Мрад до 5,0 Мрад іонізуючого випромінювання на 1 мас. 95 лігніну в вихідному матеріалі, що отримують з біомаси, де вказана опромінена друга частина здатна забезпечувати підвищений рівень оцукрювання в порівнянні з рівнем оцукрювання вихідного неопроміненого матеріалу; і (с) одержують оцукрену, опромінену першу частину або опромінену другу частину, одержуючи таким чином оцукрений матеріал, що отримують з біомаси.(iii) for the second part of the source material, irradiating the second part in an oxidizing environment with ionizing radiation in an amount sufficient to form carboxylic acid side groups on the lignocellulosic material, thereby providing an irradiated second part containing biomass with a reduced level of refractoriness, where the amount of radiation at irradiation of the second part is from 0.1 Mrad to 5.0 Mrad of ionizing radiation per 1 mass. 95 lignin in the source material obtained from biomass, where the specified irradiated second part is able to provide an increased level of saccharification compared to the level of saccharification of the original non-irradiated material; and (c) obtain a saccharified, irradiated first portion or an irradiated second portion, thereby obtaining a saccharified biomass-derived material. 2. Спосіб за п. 1, де умови оцукрювання опроміненої першої частини включають змішування опроміненої першої частини в текучому середовищі, яке містить воду, щоб забезпечити дисперсію з першим рн; і додавання основи в дисперсію для підвищення її рН до другого рн, що перевищує перший рн.2. The method according to claim 1, where the conditions of saccharification of the irradiated first part include mixing the irradiated first part in a fluid medium that contains water to provide dispersion with the first pH; and adding a base to the dispersion to raise its pH to a second pH greater than the first pH. 3. Спосіб за п. 2, де перший рН має значення між 2,5 і 4,5.3. The method according to claim 2, where the first pH is between 2.5 and 4.5. 4. Спосіб за п. 2, де другий рН має значення між 5 і 7.4. The method according to claim 2, where the second pH value is between 5 and 7. 5. Спосіб за п. 1, який додатково включає визначення вмісту лігніну в одержаному вихідному матеріалі, що отримують з біомаси.5. The method according to claim 1, which additionally includes determining the content of lignin in the obtained raw material obtained from biomass. 6. Спосіб за п. 1, де опромінення іонізуючим випромінюванням включає опромінення пучком електронів. се, нежиті пои 1Ї1 ТАТ зміст ен ну пе пепшекх печі пе змен і елліни, р" порокині ткож. колокіурть тваний | | о жебектувати І шскокУКИтВЕх ії пдацее З Й Й М и яз Бики й ше і; Фі прищеєт пе Не М їі пові | денаехиучаим Її с Н В Н ВЗ жиХЦхну І Н І кизиеки ' Н | пав | ! і їі й і х ; рої її пов ! інн - длллллн о ПИ ОК ЗИ АКАД6. The method according to claim 1, where irradiation with ionizing radiation includes irradiation with a beam of electrons. se, undead poems 1Ї1 TAT content en nu pe pepshekh pechi pe zameni i elyny, r" porokini tkozh. colloquiurt tvany | | o zhebectuvati I shskokuKItVEh iyi pdacee Z Y Y M myaz Biki i she i; Phi prishcheet pe Ne M ii povi | denaehyuchaim Her s N V N VZ zhiHChnu I N I kizyieki ' N | pav | ! i ii y i x ; roi her pov ! inn - dllllln o PI OK ZY AKAD Фк. Н їх УА Ем ти ї Н Е : Крхумеити Н зквлотю ДАХ Н Н Змрерти Н Яепутиоо і же хіхіве Мені лрижеєу 10002 пслінджхих Її санок ! і х вхінній Н зУнчдення Кі вість і кивавннх Ки То шнроеянну яви КК дали, І еировими ї спммека ! ! еировиний й ке І ТЯ Є прасужх 1 і сумі) КЕ Вл дих Н і І шо ! : : | і і щ | ще щFk. N ih UA Em ti i N E: Krkhumeyt N zkvlotyu DAH N N Zmrerti N Yaeputioo i same hihive Meni lryzheeu 10002 pslindzhikhyh Her sledge! and x vhinnii N zUnchdennia Ki vist and kivavnnh Ki To shnroeyannu yavya KK gave, And eirovymi and spmmeka! ! eiroviny and ke I TYA is prasuzhkh 1 and sumi) KE Vl dih N and I sho ! : : | and and more | more Фіг. 1-4 и новив нини фо бю КЕ о йохююка : Н Мои Н ст диукцую З ї КиДУМхи М омогт дак іже зу і ек ! Е Ки Н Ї йбюсцюмо : Ї дднинснтянй Кос, ЕК стен? фжене ! їО00суеее сплю дом мухокукт пірейхь | Ї пом Імеккий смрегихнх пищх А Бош ОК КАНА і Ід | попитом Фіг:Fig. 1-4 and news now fo bu KE o yohuyuka: N Moy N st diuksuyu Z i KiDUMhy M moogt dak izhe zu i ek ! E Ky N Y ybyustyumo : Y ddninsntyany Kos, EK sten? damn it! иО00sueee I'm sleeping in a house of flycatchers I pom Imekky smregikhhnh pishkh A Bosh OK KANA and Id | by demand Fig: